CN114928177A - 用于高功率无线功率系统中的低功率激励的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于被配置为发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的系统和方法。示例性系统和方法包括：禁用发射器的功率因数校正电路；以及调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件以获得最小可达到的阻抗。可变阻抗组件可以被配置为在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作。系统和方法可以包括调整与逆变器的一个或多个晶体管相关联的相移角并且驱动发射器，使得发射器谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。

Description

用于高功率无线功率系统中的低功率激励的系统和方法
本申请是2019年11月27日提交的申请号为201980081010.3的同名专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2018年11月30日提交的标题为“用于高功率无线功率系统中的低功率激励的系统和方法”的美国临时专利申请号62/773,518的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
以下公开针对用于无线系统中的低功率激励的方法和系统，更具体地说，针对用于高功率无线功率发射器的低功率激励的方法和系统。
背景技术
无线功率系统可以包括一个或多个无线功率发射器，该无线功率发射器被配置为经由振荡电磁场将功率发射到一个或多个无线功率接收器。无线功率接收器可以耦合到一个或多个电池，使得所接收的功率用于对电池充电。无线功率系统可以被配置为向各种电子装置(例如，电话、膝上型计算机、医疗装置、车辆、机器人等)供电。
发明内容
无线功率系统可以被具体地被配置为在特定功率、电流和/或电压范围内发射功率。这是因为在一个功率范围中的无线功率系统中使用的一些电子组件可能不适合或不优化用于在另一功率范围下操作。例如，用于在低功率(例如，在毫瓦到数十瓦的量级)下驱动无线功率发射器的晶体管通常不被配置为处理较高电平的电流或电压以实现较高电平的功率发射(例如，在数百瓦到数千瓦的量级)。因此，如果此类晶体管在其功率范围之外操作，则它们将失效或损坏。在另一实例中，一些电子组件(例如，功率因数校正(PFC)电路)在较高功率系统中可能是有益的，但可以在较低功率范围中可能会导致低效率。因此，当努力实现高功率发射(例如，从电源到负载大于90％)时，使用某些组件是无用的。
在一些情况下，配置无线功率系统以在特定功率范围(例如，低功率)中操作可能具有挑战性，其中相同的无线功率系统先前已经被配置为在显著不同的功率范围(例如，高功率)中操作。因此，无线功率系统在不同功率范围(或“模式”)中操作和/或在模式之间切换可能是有益的。进一步，在不显著损失效率和/或显著增加成本或物理体积(例如，由于附加或不同的电子组件)的情况下，这样做对无线功率系统可能是有益的。例如，在“高功率模式”(例如，配置为数千瓦)下操作无线功率系统用于对大容量电池(例如，车辆电池)充电，并且在某些情况下，在“低功率模式”(例如，小于10瓦)下用于某些功能(例如，定位在无线功率发射器与接收器线圈之间)可能是有用的，如本文进一步描述的。“高功率模式”在本文中还可以被称为“无线功率发射模式”或“WPT模式”。
在一方面，本公开的特征在于用于被配置为发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的方法。发射器包括耦合到阻抗网络的输入的逆变器和耦合到阻抗网络的输出的发射器谐振器线圈。方法可以包括：禁用耦合到逆变器的输入附近的功率因数校正电路；以及调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件以获得最小可达到的阻抗。可变阻抗组件可以被配置为在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作。方法可以包括：调整与逆变器的一个或多个晶体管相关联的相移角；以及驱动发射器使得发射器谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。
本示例性方法的各种实施例可以包括一个或多个以下特征。
无线功率发射器可以被配置为在80kHz与90kHz之间的操作频率之间发射高功率。无线功率发射器可以被配置为在500W与20000W之间的功率电平下发射功率。驱动发射器可以由固定低电压源执行。驱动发射器可以包括在30V或更低的电压下驱动发射器。驱动发射器可以包括在50W或更低的功率下驱动发射器。场安全阈值可以在10微特斯拉与15微特斯拉之间。
调整相移角可以包括在0度与180度之间调整相移角使得磁通量密度小于或等于场安全阈值。调整相移角可以包括调整相移使得发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制。电流限制可以基于场安全阈值。驱动发射器可以包括驱动发射器使得发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制。电流限制可以基于场安全阈值。电流限制可以是2安培。电流限制可以是355毫安培。方法可以包括：基于一个或多个测量线圈中的感应电压或感应电流确定磁通量密度，其中，测量线圈可以与发射器谐振器线圈分离；以及将表示磁通量密度的信号提供给耦合到发射器的控制器。在驱动发射器之前，方法可以包括接收指示在发射器谐振器线圈附近具有接收器谐振器线圈的车辆的存在的信号。方法可以包括接收指示在发射器谐振器线圈附近具有具有接收器谐振器线圈的车辆的存在的信号。
在另一方面，本公开可以特征在于用于被配置为发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的系统。系统可以包括：功率因数校正电路，该功率因数校正电路被配置为在高功率发射期间启用并且在低功率激励期间禁用；以及低电压源，该低电压源耦合到功率因数校正电路的输出并且被配置为驱动发射器使得在低功率激励期间，发射器的谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。系统可以包括：逆变器，该逆变器耦合到低电压源的输出并且包括至少两个晶体管，晶体管被配置为被控制使得每个晶体管的相移角在低功率激励期间是可调整的；以及至少一个可变阻抗组件，该可变阻抗组件耦合到逆变器的输出并且被配置为在低功率激励期间被调整以获得最小可达到的阻抗。可变阻抗组件可以被配置为在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作。
本示例性系统的各种实施例可以包括一个或多个以下特征。
无线功率发射器可以被配置为在80kHz与90kHz之间的操作频率之间发射高功率。无线功率发射器可以被配置为在500W与20000W之间的功率电平下发射功率。无线功率发射器可以被配置为在低功率激励期间在50W或更低的功率下输出功率。场安全阈值可以在10微特斯拉与15微特斯拉之间。系统可以包括电流传感器，该电流传感器耦合到发射器谐振器线圈并且被配置为将表示电流特性的信号提供给发射器的控制器。控制器可以可操作地耦合到以下各项中的至少一者：(i)至少两个晶体管或(ii)至少一个可变阻抗组件。低功率电压源可以被配置为驱动发射器使得在低功率操作期间，发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制。电流限制可以基于场安全阈值。
在另一方面，本公开的特征在于用于高功率无线功率发射器的低功率激励的方法。发射器可以包括耦合到阻抗网络的输入的逆变器和耦合到阻抗网络的输出的发射器谐振器线圈。方法可以包括：将功率因数校正电路从逆变器的输入断开；以及调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件以获得最小可达到的阻抗。可变阻抗组件可以被配置为：在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作；并且驱动发射器使得发射器谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。
本示例性方法的各种实施例可以包括一个或多个以下特征。
场安全阈值可以在10微特斯拉与15微特斯拉之间。驱动发射器可以包括驱动发射器使得发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制，其中，电流限制基于场安全阈值。电流限制可以是2安培。电流限制可以是355毫安培。方法可以包括确定发射器谐振器线圈中的电流；以及基于所确定的电流调整发射器的电压源。方法可以包括通过确定一个或多个感测线圈中的感应电压或感应电流确定磁通量密度，其中，感测线圈与发射器谐振器线圈分离。驱动发射器可以包括基于所确定的磁通量驱动发射器。方法可以包括接收指示在发射器谐振器线圈附近具有具有接收器谐振器线圈的车辆的存在的信号。
在另一方面，本公开的特征在于用于被配置为发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的方法。发射器可以包括耦合到阻抗网络的输入的逆变器和耦合到阻抗网络的输出的发射器谐振器线圈。方法可以包括配置功率因数校正电路以输出最小总线电压，其中，功率因数校正电路耦合到逆变器的输入附近。方法可以包括：调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件以获得最小可达到的阻抗，其中，可变阻抗组件可以被配置为在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作；以及调整与逆变器的一个或多个晶体管相关联的相移角，使得发射器谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。
本示例性方法的各种实施例可以包括一个或多个以下特征。
最小总线电压可以是约380V。场安全阈值可以在10微特斯拉与15微特斯拉之间。调整相移角可以包括调整相移使得发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制，电流限制基于场安全阈值。电流限制可以是2安培。电流限制可以是355毫安培。方法可以包括通过确定一个或多个测量线圈中的感应电压或感应电流确定磁通量密度，其中，线圈与发射器谐振器线圈分离。调整相移角可以包括基于所确定的磁通量调整相移角。
在另一方面，本公开的特征在于用于被配置为用低功率发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的方法，其中，发射器包括耦合到阻抗网络的输入的逆变器和耦合到阻抗网络的输出的发射器谐振器线圈。方法可以包括：禁用耦合到逆变器的输入附近的功率因数校正电路；以及调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件以获得最小可达到的阻抗，其中，可变阻抗组件被配置为在最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间操作。方法可以包括驱动发射器使得发射器谐振器线圈生成小于或等于场安全阈值的磁通量密度。
本示例性方法的各种实施例可以包括一个或多个以下特征。
与逆变器的一个或多个晶体管相关联的相移角可以是固定的。驱动发射器可以由可变低电压源执行。驱动发射器可以包括用1V与10V之间的电压驱动发射器。场安全阈值可以在10微特斯拉与15微特斯拉之间。调整相移角可以包括调整相移使得发射器谐振器线圈中的电流小于或等于电流限制，其中，电流限制基于场安全阈值。电流限制可以是2安培。电流限制可以是355毫安培。方法可以包括通过确定一个或多个测量线圈中的感应电压或感应电流确定磁通量密度，线圈与发射器谐振器线圈分离。驱动发射器可以包括基于所确定的磁通量驱动发射器。
附图说明
图1A是示例性无线功率系统的框图。图1B是具有定位在发射器谐振器线圈上方的示例性接收器谐振器线圈的车辆的图。
图2A至图2D是示例性线圈配置的图。
图3是被配置为低功率激励(LPE)的示例性无线功率发射器的部分的示意图。
图4A是被配置为低功率激励的示例性无线功率发射器的示意图。图4B是用于图4A的示例性无线功率发射器的低功率激励的示例性方法的流程图。
图5A是被配置为低功率激励的示例性无线功率发射器的示意图。图5B是用于图5A的示例性无线功率发射器的低功率激励的示例性方法的流程图。图5C是发射器线圈电流(以安培计)作为逆变器相移角(以度计)的函数的曲线图。
图6A是被配置为低功率激励的示例性无线功率发射器的示意图。图6B是用于图6A的示例性无线功率发射器的低功率激励的示例性方法的流程图。
图7A是被配置为低功率激励的示例性无线功率发射器的示意图。图7B是用于图7A的示例性无线功率发射器的低功率激励的示例性方法的流程图。
图8是示出用于执行从发射器到接收器的无线功率发射(包括车辆定位)的一系列实例步骤的流程图。
图9是可以用于实施本文所描述的系统和方法的实例计算机系统的框图。
具体实施方式
本文中所公开的是用于无线功率系统中并且具体地包括高功率无线功率发射器的高功率无线功率系统中的低功率激励(LPE)的系统和方法的示例性实施例。
无线功率系统
图1A是示例性无线功率系统100的框图。系统100包括无线功率发射器102和无线功率接收器104。在发射器104中，电源105(例如，AC输电干线、电池等)向逆变器108提供功率。附加组件可以包括在逆变器级108之前的功率因数校正(PFC)电路106。逆变器108经由阻抗匹配网络110(包括固定和/或可调谐网络组件)驱动发射器谐振器线圈和电容组件112(“谐振器”)。谐振器112产生在接收器谐振器114中感应电流和/或电压的振荡磁场。将所接收的能量经由阻抗匹配网络116(包括固定和/或可调谐网络组件)提供给整流器118。最终，将所整流的功率提供给负载120(例如，电动或混合动力车辆的一个或多个电池)。在一些实施例中，电池电压电平可以影响无线功率系统100的各种参数(例如，阻抗)。因此，可以接收、确定或测量电池电压电平以作为到无线功率系统100的其他部分的输入而提供。例如，用于电动车辆的典型电池电压范围包括0-280V、0-350V、0-420V等。
在一些实施例中，发射器102的一个或多个组件可以耦合到控制器122，该控制器可以包括通信模块(例如，Wi-Fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，发射器102的一个或多个组件可以耦合到一个或多个传感器124(例如，电流传感器、电压传感器、功率传感器、温度传感器、故障传感器等)。控制器122和传感器124可以基于来自传感器124的反馈信号可操作地耦合到发射器102的控制部分。
在一些实施例中，接收器104的一个或多个组件可以耦合到控制器126，该控制器可以包括通信模块(例如，Wi-Fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，发射器104的一个或多个组件可以耦合到一个或多个传感器128(例如，电流传感器、电压传感器、功率传感器、温度传感器、故障传感器等)。控制器126和传感器128可以基于来自传感器124的反馈信号可操作地耦合到发射器102的控制部分。
无线功率系统的实例可以于2010年6月10日公开的美国专利申请公开号2010/0141042并且标题为“无线能量传输系统”以及于2012年5月10日公开的美国专利申请公开号2012/0112535并且标题为“用于车辆的无线能量传输”中找到，在此将二者通过引用全文合并于此。
在一些实施例中，示例性阻抗匹配网络110、118可以包括一个或多个可变阻抗组件。一个或多个可变阻抗组件在本文可以一起被称为“可调谐匹配网络”(TMN)。TMN可以用于调整无线功率发射器102和/或接收器104的阻抗(例如，包括电抗)。在一些实施例中，(多个)可调谐匹配网络可以被称为“可调谐电抗电路”。在一些应用(例如，无线功率发射)中，由无线功率发射器102和接收器104所看到的阻抗可以动态地变化。在这样的应用中，(114的)接收器谐振器线圈与负载120以及(112的)发射器谐振器线圈与电源105之间的阻抗匹配可以要求来防止不必要的能量损耗和过剩的热量。由谐振器线圈经历的阻抗可以是动态的，在这种情况下，可以提供动态阻抗匹配网络来匹配变化的阻抗以改善系统100的性能(例如，效率、功率递送等)。在无线功率系统100中的电源105的情况下，由电源105所看到的阻抗可以由于接收功率的负载120(例如，电池或电池充电电路)的改变以及发射器102与接收器104之间的耦合的改变(例如，由发射器与接收器谐振线圈的相对位置的改变引起)而高度可变。类似地，由接收器谐振器114经历的阻抗还可以由于接收功率的负载120的变化而动态地改变。此外，用于接收器谐振器114的所期望阻抗匹配可以针对不同耦合条件和/或电源条件而不同。因而，可能需要经由例如高度谐振无线功率传输发射和/或接收功率的功率发射系统来配置或修改阻抗匹配网络110、116以维持高效功率发射。TMN的一个或多个组件可以被配置为呈现由特定组件可达到的最小阻抗与最大阻抗之间的阻抗。在各种实施例中，可达到的阻抗可以取决于无线功率系统100的操作频率(例如，80kHz到90kHz)。这可以连续地、间歇地、或在功率发射的某些点处(例如，在功率发射的开始处)执行。可调谐匹配网络的实例可以于2017年8月3日公开的美国专利申请公开号2017/0217325并且标题为“控制无线功率传递系统”以及于2017年8月10日公开的美国专利申请公开号2017/0229917并且标题为“PWM电容器控制”中找到，在此将二者通过引用全文合并于此。
高功率无线功率发射器可以被配置为在诸如车辆、工业机器、机器人或依赖于高功率的电子装置的电池的供电和/或充电的应用中发射无线功率。为了说明的目的，以下公开集中于用于车辆的无线功率发射。然而，应当理解，本文中所描述的实施例中的任一者或多者可以应用于其中可以利用无线功率的其他应用。
低功率激励(LPE)概述
如在本文所使用的，“低功率激励”可以包括以相对低的功率、电流和/或电压驱动无线功率发射器。如上文所讨论的，低功率激励在被配置为在高功率(例如，500W到20000W或更高的功率)下操作的无线功率发射器中可能尤其具有挑战性。
在示例性实施例中，高功率发射器的低功率激励可以在将具有无线功率接收器104的车辆定位在无线功率发射器102上方中使用(参考图8和以下具有标题“车辆定位”的部分)。具体地，将接收器谐振器线圈适当地定位在发射器谐振器线圈上方用于使接收器104的发射功率最大化和/或使最大化功率发射的效率最大化可能是重要的。车辆定位系统和方法的实例可以于2018年3月1日公开的美国专利申请公开号2018/0056800并且标题为“无线功率传输系统中的相对位置确定和车辆引导”；于2019年10月29日公开的美国专利号10,461,587并且标题为“用于使用异物检测定位车辆的方法和设备”；于2019年7月9日公开的美国专利号10,343,535并且标题为“用于车辆的无线功率天线对准调整系统”；以及于2018年10月2日公开的美国专利号10,090,885并且标题为“用于电动车辆的无线充电的天线对准和车辆引导”中找到；通过引用将其各自的全部内容结合于此。
图1B示出具有定位在发射器谐振器线圈202上方的示例性接收器谐振器线圈204的车辆150。在无线功率发射(WPT)模式中，发射器谐振器线圈202通常在高功率(例如，在约数千瓦的量级)下通电，以用于经由电磁场将功率发射到接收器线圈204的目的，最终对车辆150的电池充电。在低功率激励(LPE)模式中，发射器谐振器线圈202可以在低功率(例如，在约一瓦或几十瓦的量级)下被激励，从而产生低能量磁场。如本文所讨论的，在各种实施例中，该低能量磁场可以用于车辆定位或对准。
在一些实施例中，无线功率发射器102可以在处于无线功率发射(WPT)模式之前处于LPE模式。例如，一旦车辆150被引导至所期望的停车位置，发射器102可以从LPE模式切换到WPT模式以开始对车辆150的电池充电。在一些实施例中，如果车辆150在WPT模式期间移动，则发射器102可以进入LPE模式(例如，中断WPT模式)以确定车辆150(并且因此接收器104)是否应相对于发射器102重新定位。例如，如果车辆150被后备箱中的货物或坐在车辆150中的乘客压下，则可以移动车辆150和接收器104。附加实例在图8中示出并且在具有标题“车辆定位”的下文部分中描述。
在一些实施例中，在无线功率接收器104定位在发射器102上方或附近之前，由无线功率发射器102生成的场可以暴露于其环境(包括人、动物等)。在一些实施例中，接收器可以被定位在发射器102上方或附近，但在接收器102与发射器102对准之前功率发射可以不启动。在这样的情况下，无线功率发射器102可以被驱动使得由发射器谐振器线圈202生成的磁通量密度小于或等于场安全阈值，例如，小于10微特斯拉、小于25微特斯拉、小于50微特斯拉等。在一些实施例中，场安全阈值在10-15微特斯拉之间。该场安全阈值可以基于对暴露于人的场和/或电磁兼容性(EMC)问题的限制来确定。
在一些实施例中，可以在面向接收器谐振器线圈204的发射器谐振器线圈202的表面处确定磁通量密度。例如，可以在发射器谐振器线圈202的封装的表面152处确定磁通量密度。例如，发射器谐振器线圈202可以封装或容纳在材料(例如，包括塑料、橡胶等的非导电材料)中以保护电子组件免受环境影响和/或为人或动物提供安全性。在一些实施例中，可以在距发射器谐振器线圈202或其封装的表面152的指定距离和/或角度处确定磁通量密度。在一些实施例中，为了满足场安全阈值，可以驱动发射器102，使得发射器谐振器线圈202中的电流被限制为小于或等于2安培、小于或等于1安培或更小。在一些实施例中，为了满足场安全阈值，可以驱动发射器102，使得发射器谐振器线圈202中的电流被限制为小于或等于325毫安培rms+/-9％(例如，小于295-355毫安培RMS之间的值)。在一些实施例中，发射器102可以用1W至50W范围内的低功率来驱动。
在LPE模式中，接收器谐振器线圈204或定位在接收器谐振器线圈204上或附近的另一线圈可以“拾取(pick up)”由发射器谐振器线圈202生成的低能量磁场。在一些实施例中，通过拾取磁场，无线功率系统100(或耦合到拾取线圈或与拾取线圈协调的装置)可以确定场的强度以确定接收器谐振器线圈204是否相对于发射器谐振器线圈202处于足够高的耦合位置中，从而实现高效的功率发射和/或最大功率递送。
在一些实施例中，通过确定发射器谐振器线圈202与接收器谐振器线圈204之间的耦合，系统可以确定接收器谐振器线圈204是否相对于发射器谐振器线圈202最优地定位。在一些情况下，当接收器谐振器线圈204与发射器谐振器线圈202之间的耦合足够高以实现到车辆的电池的有效的高功率发射(例如，从电源到电池具有大于90％的效率)时，可以实现高的耦合位置。在其他示例中，场的强度结合无线功率系统和/或拾取线圈的已知几何形状可以用于进一步确定高的耦合位置是否是发射器102传输功率的安全位置(例如，用于EMF暴露、设备操作等)。在一些实施例中，发射器谐振器线圈202中的电流可以被确定，并且在一些情况下，对于耦合位置的范围维持在恒定电平。在一些情况下，通过在发射器谐振器线圈202中维持恒定电流，(例如，通过保持线圈电流的变量恒定)简化耦合的确定。利用这样的信息，系统100(或单独的定位系统)可以基于安全、效率、耦合或任何其他系统参数(这样的位置是否也是相对最大耦合位置)通知和/或引导车辆或车辆的用户到所期望的相对位置。
在一些实施例中，一个或多个感测线圈(例如，2、3、4、6、8或更多)可以被定位在车辆150和/或接收器104上或附近，以拾取由发射器102生成的磁通量。感测线圈可以耦合到处理器，该处理器被配置为确定感测线圈处的磁通量密度或两个或更多个感测线圈之间的相对磁通量密度。所接收的电压和/或所补偿的电流(例如，直接短路或通过诸如电感器、电容器或电阻器之类的另一元素短路)可以被用于确定相对磁通量密度的位置(例如，相对于谐振器线圈的表面)。在一些实施例中，多个线圈可以被设定尺寸、成形、定位、定向和/或彼此连接，以便分别产生接近0V或0A的电压和/或补偿电流，以确定这样的定位线圈是否相对于发射器谐振器线圈204充分分布。
图2A至图2D示出相对于示例性无线功率接收器谐振器线圈204的示例性感测线圈几何形状。实例可以包括“8字形”系列环中的两个(2)线圈206(参见图2A)或三叶草图案中的四个(4)线圈208，其中，感测线圈在交替方向上(参见图2B)。其他实例可以使用奇数或偶数数量的多个线圈。图2C示出与接收器谐振器线圈204同心的单个线圈210的实例。图2D示出相对于接收器谐振器线圈204分布的多个线圈212。应当理解，可以定位单独的线圈或多个线圈，以便提供磁通量密度的附加几何信息以用于定位和/或其他目的。例如，与单个线圈相比，多个线圈(例如，线圈206、208、212)的使用可以提供关于磁通量密度的位置的特定信息。在另一实例中，一个或多个线圈的定位可以提供关于磁通量密度的位置的特定信息。还应当理解，本文提供的线圈配置的实例不旨在是限制性的，并且其他线圈配置在本发明的范围内。
在一些实施例中，为了在发射器谐振器线圈202中实现小于或等于2安培的电流和/或实现小于或等于由发射器线圈202生成的场安全阈值的电磁场，可以包括和/或调整发射器102的以下参数中的任何一个或多个：
驱动电压。在各种实施例中，发射器102可以包括被配置为产生相对低电压(例如，小于20V、小于10V、小于5V等)的驱动电路。例如，发射器102的驱动电路可以被配置为在逆变器108之后在匹配网络110的输入处施加约5V的电压。这可以在发射器谐振器线圈202处产生类似的电压。在一些实施例中，驱动电路包括固定电压源、可变电压源、DC-DC转换器、回扫转换器或具有参考电压的低压差(LDO)调节器中的一者或多者。应当理解，可以使用其他类型的电压源来驱动发射器102。在一些实施例中，电压源可以在发射器102接通和断开、或可以是发射器的电路的固定部分。在一些实施例中，逆变器108和/或PFC电路106可以被配置为驱动发射器102以产生低电压。
驱动电流。在各种实施例中，可以通过改变驱动电压并且确定发射器102中的电流(例如，经由诸如电流传感器的反馈机制)来调整发射器102的驱动电流。在一些实施例中，发射器102可以包括驱动电流机构以产生驱动电流(参见例如图3)。图3是被配置为低功率激励的无线功率发射器102的部分300的示意图。在该实施例中，发射器谐振器线圈202可以经由开关304与逆变器108断开连接，并且(ii)由电流源306驱动以产生小于2安培的线圈电流。
TMN阻抗。在各种实施例中，发射器102中的TMN(作为匹配网络110的部分)可以被调整使得其呈现特定阻抗。TMN可以被调整以便呈现最小可达到的阻抗与最大可达到的阻抗之间的阻抗。具体地，TMN的组件可以被调整以将由特定TMN可达到的最小阻抗(例如，最小感抗或最小正电抗)呈现到发射器102的驱动电路。驱动电路可以包括功率路径中匹配网络110之前的发射器102的组件，包括逆变器108、PFC电路106和/或任何其他驱动电路(例如，如本文所描述的一个或多个LPE电路组件)。在一些实施例中，基于TMN中所选择的组件的特定规格，对特定无线功率系统100预定最小可达到的阻抗。在一些实施例中，无线功率发射器102的控制器122可以确定TMN的最小可达到的阻抗。例如，控制器122可以将信号发送到具有达到特定阻抗的设定的可调整组件。
在一些实施例中，为了达到所期望的阻抗，TMN的一个或多个开关(例如，场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)等)可以被调整使得开关完全断开并且呈现由特定TMN可达到的最大电容(例如，负)电抗，由此减小具有TMN的支路的阻抗(参见例如组件406的上支路和/或下支路)。当TMN FET在整个开关周期中完全断开时，TMN的有效电容电抗将处于其最小值(换句话说，处于其最大负值)。当电容电抗和与TMN串联的固定电感器的电感电抗求和时，其导致用于X3支路可达到的最小阻抗。达到低或最小阻抗可以具有使发射器谐振器线圈202中的线圈电流在谐振器线圈的耦合范围内的变化最小化的效果。如上所讨论的，耦合范围可以基于接收器谐振器线圈204相对于发射器谐振器线圈202的一个或多个位置。调整TMN以获得最小感抗的另一优点可以包括使在发射器谐振器线圈中产生所期望的电流电平所需的控制量最小化。
逆变器相移角。发射器102的逆变器108的相移角可以由耦合到逆变器108的控制器122调整。具体地，控制器122的脉冲宽度调制(PWM)发生器(参见例如发生器422)可以被配置为控制耦合到逆变器108的晶体管的栅极驱动器(参见例如驱动器418)以产生所期望的相移角。逆变器相移可以包括在互补PWM对(例如，信号PWM1和PWM2)驱动晶体管Q1和Q2与互补PWM对(例如，信号PWM3和PWM4)驱动晶体管Q3和Q4之间施加可控延迟。延迟的范围可以是0至180度。当相移角是0度时，由于晶体管(i)Q1和Q3同时导通或(ii)晶体管Q2和Q4同时导通，输出短路，因此逆变器输出电压是零。
相移角可以取决于特定无线功率系统组件及参数，包括DC电压总线、特定阻抗匹配等。在一些实施例中，可以通过两个惯例来定义相移角。具体地，在第一惯例中，当相位角在零(0)度时，线圈电流可以处于或接近其可以由特定发射器102可达到的最大电平，并且当相位角在180度时，线圈电流可以处于或接近零。在第二惯例(与第一惯例相反)中，当相位角在180度时，线圈电流可以处于或接近其可以由特定发射器102可达到的最大电平，并且当相位角在零(0)度时，线圈电流可以处于或接近零。例如，使用第二惯例，如果相移角是约5度，则线圈电流可以处于低电平。在一些实施例中，占空比和逆变器相位角的组合可以被改变以改善开关行为并且由此减少振铃、减少谐波、增加或减少体二极管传导和/或减少开关损耗等。
脉冲宽度调制(PWM)。在一些实施例中，控制器122的PWM发生器(参见例如发生器422)可以调整逆变器108的一个或多个晶体管中的脉冲宽度或占空比，以在发射器谐振器线圈202中达到所期望的电压电平。
功率因数校正(PFC)。PFC电路106可以被启用或禁用或被调整以产生特定总线电压VBUS。
以下是用于驱动电压VBUS(V)和峰值线圈电流Isl(APEAK)以及均方根线圈电流Isl(ARMS)的示例性值：
Figure BDA0003586370080000141
表1.驱动电压和发射器谐振器线圈电流的示例性值。
在一些实施例中，发射器谐振器线圈202、一个或多个场传感器或一个或多个感测线圈上的电压可以用于测量来自发射器谐振器线圈202的电磁场的场电平，并且可以被馈送到控制系统(参见例如控制系统412、506、604、708)中。电压反馈可以用于调整发射器的组件和/或参数(例如，功率、电压和/或电流)中的一者或多者以设定所期望的场电平。例如，发射器102可以包括被配置为确定发射器102中的一个或多个电流特性(例如，电平、频率、相位等)的电流传感器(参见例如电流传感器416)。电流读数可以作为反馈提供给控制系统(例如，控制系统412、506、604、708)并且用于调整一个或多个发射器组件和/或参数，如上所描述。该反馈机制可以单独使用或与其他传感器(诸如，电流传感器和/或电压传感器)组合使用。
在以下描述中，为了清楚和简明起见，一起讨论用于低功率激励的系统和对应方法。例如，一起讨论用于低功率激励的系统400与用于低功率激励的方法450。注意，本文描述的每个方法的步骤的顺序旨在示出示例性实施例，并且可以按另一顺序或组合来进行或执行以实现所期望的输出。
LPE–第一示例性实施例
图4A是包括低功率激励(LPE)电路402的示例性无线功率发射器400的示意图。图4B是用于无线功率发射器400的低功率激励的示例性方法450的流程图。在该示例性实施例中，LPE电路402包括可变电压源404、二极管D1和继电器408a、408b。示例性可变电压源404可以并联耦合在PFC电路106与逆变器108之间。PFC电路106可以(例如，AC功率干线、电池等)直接或间接接收来自电源的功率，并且在无线功率传输(WPT)模式期间为无线功率发射器400提供所需的功率校正。如上文所讨论的，在WPT模式期间，无线功率发射器400可以在与LPE模式期间的操作相比显著高的功率、电压和/或电流电平下操作。注意，在WPT模式中，逆变器108的晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极G1、G2、G3、G4由栅极驱动器418驱动。栅极驱动器418可以接收由PWM发生器422生成的PWM信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4。PWM发生器422可以接收来自数字控制器424的控制信号，例如，表示PWM信号的相移角的信号。
示例性可变电压源404可以与二极管D1串联耦合以阻断强电流使得在无线功率传输(WPT)模式期间，可变电压源404不受来自PFC电路106的有效功率、电流和/或电压的损害。二极管D1和继电器可以使得电流在一个方向上流动，并且可以有益于在驱动发射器102中启用电压源404。继电器可以用于使逆变器偏置和发射器102的其他功率电子器件断电。在WPT模式期间，PFC电路106可以由控制系统412的一个或多个组件(例如，源电子功率控制器(SEPC)410)启用(例如，接通)。在该示例性实施例中，在WPT模式中，控制系统412还可以将信号发送到继电器408a以闭合PFC电路106与逆变器108之间的电路。应当注意，在WPT模式中，控制系统412可以发送信号到继电器408b以断开，以便断开可变电压源404，从而避免对电源404的损害和/或避免驱动无线功率发射的功率路径中的断开低效。
参考方法450的步骤452，在LPE模式中，PFC电路106可以从逆变器108断开连接。例如，控制系统412的一个或多个组件(例如，SEPC 410)可以向继电器408a、408b发送控制信号以断开电路，使得PFC电路106被断开连接(并且因此不能驱动发射器400)。在一些实施例中，SEPC 410可以与零电压切换(ZVS)错误生成模块414通信。在WPT模式中，ZVS错误生成模块414是保护机制，如果逆变器输出电压与电流之间的相位角低于12度，则该保护机制产生标志并且禁用功率发射。该错误旨在保护系统免受可能导致故障的半导体的有损操作。在LPE模式中，可以禁用ZVS错误生成，因为预期由逆变器108所看到的电压-电流(VI)相位低于用于ZVS检测的阈值。在LPE模式中，该条件是可接受的，因为由逆变器108处理的功率非常小，因此开关损耗不是破坏性的。
SEPC 410可以直接地或间接地接收来自电流传感器416的信号I1s_ref。信号I1s_ref是基于由与发射器谐振器线圈202耦合(例如，串联、并联、电感等)的传感器416进行的电流测量I1s的参考信号。
在步骤454中，可以调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件(例如，TMN的电抗)406的阻抗，以获得特定TMN组件可以达到的最小感抗。例如，可以调整标记为“X3sa_minΩ-X3sa_maxΩ”的上支路组件和/或标记为“X3sb_minΩ-X3sb_maxΩ”的下支路组件以获得所期望的阻抗(例如，最小电抗)。TMN组件406可以由控制系统412的一个或多个组件(例如，可调谐X3S控制器420、SEPC 410等)来调整。例如，可调谐组件406可以由控制器420调整，该控制器接收来自SEPC 410的信号(例如，信号“LPE ON/OFF”)以在LPE模式期间(例如，当SEPC410已经禁用PFC电路106并且启用可变电压源404时)调整组件406以达到最小电抗。
在步骤456中，可变电压源404驱动发射器400，使得发射器谐振器线圈202中的电流在用于LPE模式的目标电流范围内。为了这样做，SEPC 410可以发送一个或多个信号以闭合继电器408b并且启用可变电压源404。在该实施例中，逆变器能够将恒定(DC)电压转换为高频振荡(AC)电压。在一些实施例中，方法450包括由SEPC 410接收来自传感器416的电流信号以指示电流是否在用于LPE模式的目标范围内(例如，小于1A、小于3A、小于5A等)。
LPE-第二示例性实施例
图5A是包括低功率激励(LPE)电路502的示例性无线功率发射器500的示意图。图5B是用于发射器500的低功率激励的示例性方法550的流程图。具体地，系统502包括与二极管D1串联耦合的固定低压源504。在该实施例中，固定低电压源504可以在LPE模式和WPT模式两者期间接通(可操作)。在一些实施例中，固定低电压源504硬连线到发射器500的电路中。
在方法550的步骤552中，在LPE模式中，PFC电路106被禁用。例如，控制系统506的一个或多个组件(例如，数字控制器424)可以在进入LPE模式时发送信号以启用或禁用PFC电路106。注意，如上所描述的，在LPE模式中，ZVS错误生成414可以被禁用。
在步骤554中，可以调整一个或多个可变阻抗组件406的阻抗406(例如，TMN的电抗)，以便获得特定TMN组件406可以达到的最小电抗(例如，最小感抗)。例如，可以调整标记为“X3sa_minΩ-X3sa_maxΩ”的上支路组件和/或标记为“X3sb_minΩ-X3sb_maxΩ”的下支路组件以获得所期望的阻抗(例如，最小电抗)。TMN组件406可以由控制系统506的一个或多个组件(例如，数字控制器424、可调谐X3S控制器420、SEPC 410等)来调整。例如，控制器420可以接收来自数字控制器424的指示电抗应被调整到最小可达到的电抗的信号X3s_min。这可以具有使发射器谐振器线圈202中的电流在谐振器线圈的耦合范围内的变化最小化的效果。参考图1B，耦合范围可以基于接收器谐振器线圈204相对于发射器谐振器线圈202的一个或多个位置。在一些实施例中，方法550可以包括接收来自传感器416的表示电流特性(例如，电平、相位、频率)的信号。该信号可以被提供给控制系统506，用于确认线圈202中的电流特性。
在步骤556中，通过调整逆变器108的晶体管的脉冲宽度调制(PWM)信号的相移角，可以使线圈电流的任何剩余变化最小化。PWM信号可以由控制系统506的一个或多个组件提供给逆变器108。具体地，数字控制器424可以向PWM发生器422发送信号θinv_ps以生成用于栅极驱动器418的特定PWM信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4。驱动器418然后可以驱动与逆变器108的相应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4对应的栅极G1、G2、G3、G4。
在一些实施例中，相移角可以在0度与180度之间调整，使得磁通量密度小于或等于场安全阈值。这可以包括调整相移角以调整电流电平以达到处于或低于场安全阈值的磁通量密度。具体地，参考图5C，线圈电流与相移角之间的关系近似为线性且单调的。使用这种关系，通过确定线圈电流和/或磁通量密度，可以向控制器提供负反馈以调整相移角，从而抑制发射器线圈电流中的干扰。注意，发射器线圈电流可以基于在发射器谐振器线圈202附近的回路中感应的电压。线圈电流可以通过以下关系确定：
Figure BDA0003586370080000181
在一些实施例中，源504可以在30V或更低的电压下驱动发射器。例如，为了使用由源504产生的约12V的固定电压电平来获得1ARMS的近似线圈电流，逆变器相移角可以由控制系统506调整到约60度。
LPE-第三示例性实施例
图6A是被配置为低功率激励的示例性无线功率发射器600的示意图。图6B是用于发射器600的低功率激励的示例性方法650的流程图。
在方法650的步骤652中，PFC电路106可以被配置为在总线电压VBUS下驱动发射器。PFC电路106可以被配置为输出在最小电压VBUS_min与最大电压VBUS_max之间的总线电压。在一些实施例中，在LPE模式期间，总线电压Vbus等于特定PFC电路106被配置为输出的最小总线电压Vbus_min。例如，控制器604的一个或多个组件(例如，数字控制器424)可以向PFC电路106发送信号以将电压调整到最小总线电压VBUS_min。注意，如上所描述的，在LPE模式中，ZVS错误生成414可以被禁用。
在步骤654中，可以调整一个或多个可变阻抗组件(例如，TMN的电抗)406的阻抗，以获得特定TMN组件406可以达到的最小电抗(例如，最小感抗)。例如，可以调整标记为“X3sa_minΩ-X3sa_maxΩ”的上支路组件和/或标记为“X3sb_minΩ-X3sb_maxΩ”的下支路组件以获得所期望的阻抗(例如，最小电抗)。TMN组件406可以由控制系统604的一个或多个组件(例如，数字控制器424、可调谐X3S控制器420、SEPC 410等)来调整。例如，控制器420可以接收来自数字控制器424的指示电抗应被调整到最小可达到的电抗的信号X3s_min。这具有使谐振线圈的耦合范围内的线圈电流的变化最小化的效果。
在步骤656中，通过调整输入到逆变器108的晶体管中的每一个的脉宽调制(PWM)信号的相移，可以使线圈电流的任何剩余变化最小化。PWM信号可以由控制系统604的一个或多个组件提供给逆变器108。具体地，数字控制器424可以向PWM发生器422发送信号以生成用于栅极驱动器418的特定PWM信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4。驱动器418然后可以驱动与逆变器108的相应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4对应的栅极G1、G2、G3、G4。例如，为了在如由PFC电路106产生的约380V的电压电平下产生约1ARMS的近似线圈电流，逆变器相移角可以由控制器604调整到约5度以下。
LPE-第四示例性实施例
图7A是包括低功率激励(LPE)电路702的示例性无线功率发射器700的示意图。图7B是用于发射器700的低功率激励的示例性方法750的流程图。LPE电路702包括与二极管D1串联耦合的可变低电压源704。LPE电路702并联耦合在PFC电路106与逆变器108之间。可变低电压源704被配置为接收来自数字控制器424的表示总线电压VBUS的电平的信号。控制器424可以确定用于源704在LPE模式期间输出的VBUS。在一些实施例中，控制器424可以被配置为对到PFC电路106和电源704的信号进行计时，以确保PFC电路106在电压源704接通之前或同时被禁用。注意，在该实施例中，可以固定输入到逆变器108的晶体管Q1、Q2、Q3、Q4中的每一个的PWM信号(例如，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4)的相移。
在步骤752中，在LPE模式期间，PFC电路106被禁用。在一些实施例中，控制系统708的一个或多个组件(例如，数字控制器424)被配置为向PFC电路106传输信号以启用或禁用PFC电路106。例如，在WPT模式期间，PFC电路106被启用。注意，如上所描述的，在LPE模式中，ZVS错误生成414可以被禁用。
在步骤754中，可以调整阻抗网络的一个或多个可变阻抗组件(例如，TMN的电抗)406的阻抗，以获得特定TMN组件可以达到的最小感抗。在该实例中，可以调整标记为“X3sa_minΩ-X3sa_maxΩ”的上支路组件和/或标记为“X3sb_minΩ-X3sb_maxΩ”的下支路组件以获得所期望的阻抗(例如，最小电抗)。TMN组件406可以由控制系统412的一个或多个组件(例如，可调谐X3S控制器420、SEPC 410等)来调整。
在步骤756中，可变低电压源704被配置为驱动发射器700，使得发射器谐振器线圈202生成具有小于或等于场安全阈值的幅度的磁场。在一些实施例中，源704可以用约4V到5V之间的电压驱动发射器700。例如，为了在固定相移角下产生1ARMS的近似线圈电流，可变低电压源的电压电平被调整到约4V到5V之间。
车辆定位
本文中所公开的低功率激励组件、系统和方法可以形成无线功率系统100的部分，该无线功率系统在无线功率发射之前、期间或之后实施不同其他性能和安全验证。
图8是示出可以在无线功率传输之前和/或在无线功率传输期间在无线功率系统100中执行的一系列步骤的一个实例的流程图800。在步骤802中，在无线功率发射器102与无线功率接收器104之间建立通信链路。链路可以例如在Wi-Fi网络或通信协议上、在蓝牙
Figure BDA0003586370080000201
连接上、或更一般地发射器102和接收器104可以通过其通信的任何链路、连接或通信协议上建立。
接下来，在步骤804中，系统处理器(例如，本文中所公开的处理器中的任一者或与本文中所公开的处理器通信的另一处理器)使用本文中所公开的方法中的任一种来确定无线功率接收器104的相对位置和/或与接收器的相对位置相关联的类别。然后，系统处理器生成包括关于接收器的相对位置和/或类别的信息的信号，并且将信号发射到另一处理器、控制器或显示接口。
在可选步骤806中，系统(即，系统处理器或另一处理器、电路或控制器)可以使用来自所发射的信号的信息向车辆操作者或自主驾驶系统提供车辆引导信息。在一些实施例中，该步骤可以包括在车辆显示单元上显示指示器以提供引导信息。
接下来，在步骤808中，系统基于相对位置或无线功率接收器104的相对位置的类别确定对准是否完成，即，无线功率接收器104是否在无线功率发射器102的预定距离内，或无线功率接收器104是否被指派到特定类别。如果没有实现对准，控制返回到步骤804；如果已经实现对准，控制转到步骤810。
在可选步骤810中，系统执行附加的环境和安全检查。这些可以包括例如检查异物、检查活体、检查车辆/接收器的运动、以及监视/检查各种其他安全系统和操作参数。如果满足所有检查和系统，则在步骤812中，启动从无线功率发射器102到无线功率接收器104的功率传输。
在一段时间已经过去之后，在步骤814可以可选地中断无线功率发射。各种标准和/或信号可以导致功率发射的中断。在一些实施例中，例如，功率发射可以被周期性地中断以执行附加的系统检查。在某些实施例中，当系统传感器生成指示不规则事件(诸如，车辆/接收器的意外加速度、车辆/接收器的电容变化、和/或车辆接收器的位置变化)的信号时，可以中断功率发射。在一些实施例中，当某些系统操作/性能参数(诸如，在无线功率接收器中感应的电压和/或电流)改变时，还可以中断功率发射。
在功率发射已经被中断之后，控制返回到步骤804以执行对准检查以确保无线功率发射器102和接收器104保持对准。如果对准，并且如果在步骤810中通过环境和安全检查，则控制最终返回到步骤812，并且重新启动功率传输。
硬件和软件实现方式
图9是可以用于实施本文所描述的系统和方法的实例计算机系统900的框图。通用计算机、网络设备、移动装置或其他电子系统还可以包括系统900的至少部分。系统900包括处理器910、存储器920、存储装置930、以及输入/输出装置940。组件910、920、930和940中的每一个可以例如使用系统总线950互连。处理器910能够处理用于在系统900内执行的指令。在一些实施例中，处理器910是单线程处理器。在一些实施例中，处理器910是多线程处理器。处理器910能够处理存储在存储器920或存储装置930上的指令。
存储器920在系统900内存储信息。在一些实现方式中，存储器920是非暂时性计算机可读介质。在一些实现方式中，存储器920是易失性存储器单元。在一些实现方式中，存储器920是非易失性存储器单元。在一些实例中，上述数据中的一些或全部可以存储在个人计算装置上、托管在一个或多个集中式计算装置上的数据存储装置中，或者经由基于云的存储装置来存储。在一些实例中，一些数据存储在一个位置中并且其他数据存储在另一位置中。在一些实例中，可以使用量子计算。在一些实例中，可以使用功能编程语言。在一些实例中，可以使用诸如基于闪存的存储器之类的电存储器。
存储装置930能够为系统900提供大容量存储。在一些实现方式中，存储装置930是非暂时计算机可读媒体。在各种不同实现方式中，存储装置930可以包括例如硬盘装置、光盘装置、固态驱动器、闪存驱动器、或一些其他大容量存储装置。例如，存储装置可以存储长期数据(例如，数据库数据、文件系统数据等)。输入/输出装置940为系统900提供输入/输出操作。在一些实现方式中，输入/输出装置940可以包括以下各项中的一项或多项：网络接口装置(例如，以太网卡)、串行通信装置(例如，RS-232端口)、和/或无线接口装置(例如，802.11卡、3G无线调制解调器、或4G无线调制解调器)。在一些实施例中，输入/输出装置可以包括被配置为接收输入数据并且向其他输入/输出装置发送输出数据(例如，键盘、打印机和显示装置960)的驱动器装置。在一些实例中，可以使用移动计算装置、移动通信装置、以及其他装置。
在一些实现方式中，上述方法的至少一部分可以由指令实现，该指令一旦执行就使一个或多个处理装置进行上述的过程和功能。此类指令可以例如包括诸如脚本指令之类的解译指令、或可执行代码、或存储在非暂时性计算机可读介质中的其他指令。存储装置930可以经由网络(诸如，服务器群或一组广泛分布的服务器)以分布式方式实现，或者可以在单个计算装置中实现。
尽管在图9中已经描述了实例处理系统，本说明书中描述的功能操作和过程可以在其他类型的数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、计算机硬件、包括本说明书中公开的结构及其结构等同物、或它们中的一个或多个的组合中实现。在本说明书中描述的主题的实施例可以被实现为一个或多个计算机程序(即，在有形的非易失性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块)用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。替代性地或此外，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以编码信息以用于发射到合适的接收器设备用于数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基板、随机或串行访问存储器装置、或者它们中的一个或多个的组合。
术语“系统”可以涵盖用于处理数据的所有种类的设备、装置和机器，举例来讲，包括可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。处理系统可以包括专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，处理系统还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中的一个或多个的组合的代码。
计算机程序(其还可以被称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言来编写，包括编译或解释语言、或声明性或过程性语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件中的部分中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或存储在多个协调的文件(例如存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)中。计算机程序可以被部署为在位于一个站点或跨多个站点分布并且由通信网络互连的一个计算机上或多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程计算机来执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行功能。过程和逻辑流程还可以由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且设备也可以实现为专用逻辑电路。
例如，适合于执行计算机程序的计算机可以包括通用或专用微处理器或两者，或任何其他种类的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机通常包括用于执行或进行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)、或可操作地耦合以接收来自一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)的数据、或将数据传输到一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)或两者。然而，计算机不需要具有这样的装置。此外，计算机可以嵌入在另一装置中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器、或便携式存储装置(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)。
适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，包括例如半导体存储器装置，例如EPROM、EEPROM和闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或者结合在专用逻辑电路中。
在本说明书中描述的主题的实施例可以在包括后端组件(例如，作为数据服务器)、或包括中间件组件(例如，应用服务器)、或包括前端组件(例如，具有图形用户接口或网络浏览器的客户端计算机，用户可以通过其与本说明书中所描述的主题的实现方式进行交互)、或一个或多个此类后端、中间件或前端组件的任何组合的计算系统中实现。系统的组件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的实例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助于在相应的计算机上运行的并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
虽然本说明书含有许多具体实现方式细节，但是这些细节不应被解释为对要求保护的范围的限制，而是应被解释为对可能特定于特定实施例的特征的描述。本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。此外，尽管特征可以在上文描述为以某些组合起作用且甚至最初如此要求，但来自所要求的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从组合除去，并且所要求的组合可以针对子组合或子组合的变体。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘操作，但是这不应被理解为要求这样的操作按所示的特定顺序或按顺序执行，或者要求执行所有示出的操作以实现所期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。而且，在上文描述的实施例中各种系统成分的划分不应被理解为在所有实施例中都需要这样的划分，并且应当理解所描述的程序成分和系统通常可以结合于单个软件产品或压缩成多个软件产品。
已经描述了本主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。例如，权利要求书中所陈述的动作可以不同次序执行并且仍实现所期望结果。作为一个实例，附图中所描绘的过程不一定需要所示的特定次序或循序次序来实现所期望的结果。在某些实施例中，多任务和并行处理可以是有利的。可以提供其他步骤或阶段，或者可以从所描述的过程中消除步骤或阶段。因此，其他实现方式在下列权利要求的范围内。
术语
在本文中使用的措辞和术语用于描述的目的，并且不应视为进行限制。
如在本说明书和权利要求书中所使用的，术语“约”、短语“约等于”、和其他类似的短语(例如，“X具有约Y的值”或“X约等于Y”)应被理解为是指一个值(X)在另一值(Y)的预定范围内。除非另有说明，预定范围可以是±20％、10％、5％、3％、1％、0.1％、或小于0.1％。
在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一个”和“一种”，除非明确指出相反，否则应理解为是指“至少一个”。在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应被理解为意指如此结合的元素中的“任一者或两者”，即，在一些情况下结合地存在并且在其他情况下分离地存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式进行解释，即，如此结合的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论是与具体标识的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言(诸如，“包括”)使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以仅指A(任选地包括除B以外的元素)；在另一实施例中，仅指B(任选地包括除A之外的元素)；在又另一实施例中，指A和B两者(任选地包括其他元素)；等等。
如在本说明书和权利要求中所使用的，“或”应被理解为具有与如以上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项时，“或”或者“和/或”应被解释为包括性的，即包括多个元素或元素列表中的至少一个，但还包括多于一个，以及任选地另外的未列出的项。仅明确指示相反的术语(诸如，“仅一个”或“恰好一个”)，或者当在权利要求书中使用时，“由……组成”将指包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。通常，当在排他性术语之前时，所使用的术语“或”应仅被解释为指示排他性替代方案(即，“一个或另一个但不是两者”)，诸如，“...或...”、“...中的一个”、“仅一个”或“恰好一个”。当在权利要求中使用时，“基本上由...组成”应具有如在专利法领域中使用的其普通含义。
如在本说明书和权利要求书中所使用的，短语“至少一个”参考一个或多个元素的列表，应理解成意指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但不一定包括在元素列表中具体列出的每一和每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许可以可选地存在除了短语“至少一个”所指代的元素列表内具体标识的元素之外的元素，无论与具体标识的那些元素相关或不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”、或等效地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个(任选地包括多于一个)A，而不存在B(并且任选地包括除B以外的元素)；在另一实施例中，指至少一个(任选地包括多于一个)B，而不存在A(并且任选地包括除A之外的元素)；在又一实施例中，指至少一个(任选地包括多于一个)A和至少一个(任选地包括多于一个)B(并且任选地包括其他元素)；等等。
使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体意在涵盖其后列出的项目和另外的项目。
在权利要求书中使用序数术语(诸如，“第一”、“第二”、“第三”等)来修改权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素优于另一的任何优先级、优先性或顺序或者执行方法的动作的时间顺序。正式术语仅用作标记以将具有某一名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但用于正式术语的使用)的另一元素区分开，以区分权利要求元素。

Claims (20)

1.一种被配置为向无线功率接收器发射高功率的无线功率发射器，所述发射器包括：
DC电压总线；
逆变器，其包括至少两个晶体管，所述逆变器具有耦合到所述DC电压总线的输入；
耦合到所述逆变器的输出的至少一个可变阻抗组件；
谐振器线圈，其被配置为生成磁通量密度；以及
至少一个控制器，其被配置为：
确定所述发射器是否与所述接收器对准；
响应于确定所述发射器没有与所述接收器对准，在低功率激励(LPE)模式中操作所述发射器；以及
在所述LPE模式期间，调整以下各项中的至少一者：所述DC电压总线的电压电平、与所述逆变器的至少一个晶体管相关联的相移角、或者所述至少一个可变阻抗组件的阻抗，使得由所述谐振器线圈生成的所述磁通量密度小于或等于场安全阈值。
2.根据权利要求1所述的无线功率发射器，还包括：功率因数校正(PFC)电路，其具有耦合到所述DC电压总线的输出。
3.根据权利要求2所述的无线功率发射器，还包括：耦合到所述DC电压总线的低电压源，其中，在所述LPE模式期间调整所述DC电压总线的所述电压电平包括：禁用所述PFC电路，并且从所述低电压源向所述DC电压总线提供DC功率。
4.根据权利要求3所述的无线功率发射器，其中，所述低电压源是可变低电压源或固定低电压源中的一个。
5.根据权利要求2所述的无线功率发射器，其中，在所述LPE模式期间调整所述DC电压总线的所述电压电平包括：控制所述PFC电路输出最小总线电压，所述PFC电路被配置为输出在所述最小总线电压与最大总线电压之间的总线电压。
6.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中，所述至少一个控制器还被配置为：
响应于确定所述发射器与所述接收器对准，在无线功率发射(WPT)模式中操作所述发射器。
7.根据权利要求6所述的无线功率发射器，其中，所述发射器被配置为在所述WPT模式中，在500W与20000W之间的功率电平下发射功率。
8.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中，所述发射器被配置为在所述LPE模式中，在1W与50W之间的功率电平下发射功率。
9.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中，确定所述发射器是否与所述接收器对准包括执行环境检查或安全检查中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的无线功率发射器，还包括：
控制器，所述控制器可操作地耦合到以下各项中的至少一者：(i)所述至少两个晶体管或(ii)所述至少一个可变阻抗组件；以及
电流传感器，所述电流传感器耦合到所述谐振器线圈并且被配置为将表示所述谐振器线圈中的电流的至少一个特性的信号提供给所述控制器，所述至少一个特性包括所述谐振器线圈中的所述电流的电平、相位和/或频率。
11.一种用于被配置为向无线功率接收器发射高功率的无线功率发射器的低功率激励的方法，所述发射器包括：DC电压总线；逆变器，其具有耦合到所述DC电压总线的输入；耦合到所述逆变器的输出的至少一个可变阻抗组件；以及谐振器线圈，其被配置为生成磁通量密度，所述方法包括：
确定所述发射器是否与所述接收器对准；
响应于确定所述发射器没有与所述接收器对准，在低功率激励(LPE)模式中操作所述发射器；以及
在所述LPE模式期间，调整以下各项中的至少一者：所述DC电压总线的电压电平、与所述逆变器的至少一个晶体管相关联的相移角、或者所述至少一个可变阻抗组件的阻抗，使得由所述谐振器线圈生成的所述磁通量密度小于或等于场安全阈值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述发射器包括：功率因数校正(PFC)电路，其具有耦合到所述DC电压总线的输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述发射器包括：耦合到所述DC电压总线的低电压源，其中，在所述LPE模式期间调整所述DC电压总线的所述电压电平包括：禁用所述PFC电路，并且从所述低电压源向所述DC电压总线提供DC功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述低电压源是可变低电压源或固定低电压源中的一个。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述LPE模式期间调整所述DC电压总线的所述电压电平包括：控制所述PFC电路输出最小总线电压，所述PFC电路被配置为输出在所述最小总线电压与最大总线电压之间的总线电压。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于确定所述发射器与所述接收器对准，在无线功率发射(WPT)模式中操作所述发射器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述发射器被配置为在所述WPT模式中，在500W与20000W之间的功率电平下发射功率。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述发射器被配置为在所述LPE模式中，在1W与50W之间的功率电平下发射功率。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述发射器包括：控制器，所述控制器可操作地耦合到以下各项中的至少一者：(i)所述至少两个晶体管或(ii)所述至少一个可变阻抗组件；以及电流传感器，所述电流传感器耦合到所述谐振器线圈，所述方法还包括：
经由所述电流传感器将表示所述谐振器线圈中的所述电流的至少一个特性的信号提供给所述控制器，所述至少一个特性包括所述谐振器线圈中的所述电流的电平、相位和/或频率。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，确定所述发射器是否与所述接收器对准包括执行环境检查或安全检查中的至少一个。
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