CN115208077A - 用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 - Google Patents
用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115208077A CN115208077A CN202110391694.6A CN202110391694A CN115208077A CN 115208077 A CN115208077 A CN 115208077A CN 202110391694 A CN202110391694 A CN 202110391694A CN 115208077 A CN115208077 A CN 115208077A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zero
- crossing
- pulse
- drive signal
- pwm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
- H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
公开用于使用多脉冲宽度调制M‑PWM驱动信号进行无线电力传送的方法、控制器和逆变器。所述方法包括：生成所述多PWM驱动信号，其中脉冲宽度根据周期性调制曲线的量值变化；通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的所述M‑PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，修改邻近所述过零的所述M‑PWM驱动信号；以及使用修改后的M‑PWM驱动信号来打开和关闭无线电力传送充电电路中的开关。
Description
技术领域
本公开涉及逆变器及其方法，且具体地说，涉及在例如无线充电等应用中的逆变器的多脉冲宽度调制或正弦脉冲宽度调制。
背景技术
多脉冲宽度调制(M-PWM)且具体地说正弦脉冲宽度调制(S-PWM)在例如无线充电、数字电力供应和电机控制等各种逆变器应用领域中受到关注。M-PWM涉及PWM的变型，其中脉冲的宽度对应于调制波形以周期性方式变化。尤其重要的调制波形为正弦波，因为这是交流(AC)电源的特性。在S-PWM中，PWM的脉冲的宽度根据正弦曲线变化。这可使得数字PWM信号中的平均电流随调制波变化。
尽管正弦曲线自身具有非常明显的“过零”，也就是说极性在正负之间变化的点，但在无线电力传送中使用M-PWM或S-PWM信号可产生具有额外或伪过零的接收器波形：由于电力和/或电流电平较低且朝向调制波的每个极性变化接近零，因此接收线圈两端的电压可“弹回(bounce)”接近预期过零的零的任一侧。需要减少或最小化甚至完全避免此类伪过零或极性变化。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供一种用于使用多脉冲宽度调制M-PWM驱动信号进行无线电力传送的方法，包括：生成所述多PWM驱动信号，其中脉冲宽度根据周期性调制曲线的量值变化；通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，修改邻近所述过零的所述M-PWM驱动信号；以及使用修改后的M-PWM驱动信号来打开和关闭无线电力传送充电电路中的开关。通过减小过零与接近过零的M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，可相对于由未修改的M-PWM驱动信号产生的未修改的电流来增加借助于无线电力传送从具有包括开关的逆变器的无线充电电路传送到接收装置中的线圈的能量。能量传送的增加可防止接收装置中的线圈两端的电压多次改变极性或经历接近真过零的伪过零。
在一个或多个实施例中，最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的至少一个脉冲包括在所述过零之后的第一脉冲。
在其它实施例中，最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的所述至少一个脉冲包括在所述过零之前的最后脉冲和在紧接在前的过零之后的所述第一脉冲两者。在此类实施例中，对M-PWM信号的修改既发生在接近调制曲线半循环的开始时，又发生在接近调制曲线半循环的结束时。
在一个或多个实施例中，所述周期性调制曲线是正弦曲线，并且所述多PWM信号是正弦PWM S-PWM信号。S-PWM信号是最常见和众所周知的形式的M-PWM信号，因为正弦形状通常遵循最适合于例如无线电力传送或其它电感耦合电路等应用的常规交流电信号。
在一个或多个实施例中，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括加宽最接近所述过零的脉冲的宽度。加宽此脉冲的宽度可增加可用于传送的能量。在一个或多个此类实施例中，加宽最接近所述过零的所述脉冲的所述宽度包括关于所述脉冲的未加宽状态进行对称加宽，并且这通常可能是优选的。在其它实施例中，加宽可以是不对称的。具体地说，不对称地加宽最终脉冲，从而使脉冲加宽到在更大程度上接近过零，可具有限制提供到线圈的电流的总体正弦形状的扰动的作用。这又可减少非所要副作用，例如EMI的增加。
在一个或多个其它实施例中，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括调整最接近所述过零的脉冲的计时。在又其它实施例中，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括将最接近所述过零的脉冲与紧邻所述过零的空闲时间进行交换。特别是在实施所述方法的数字控制器的情况下，此形式的修改可特别简单地实施。
在一个或多个再一实施例中，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括在紧邻所述过零的空闲时间中引入额外脉冲。
在一个或多个实施例中，所述方法另外包括使用所述修改后的M-PWM驱动信号的反相来打开和关闭所述无线电力传送充电电路中的第二开关。一般来说，对于充电电路中的电流的S-PWM修改，一对开关彼此相反或逆向地操作。
在一个或多个实施例中，所述方法包括：针对调制曲线的前半循环应用上文所提及的方法中的一个，以及在所述调制曲线的整个紧接在后的半循环内，保持所述第一开关打开。在此类实施例中，在所述调制曲线的所述紧接在后的半循环期间，所述第二开关可保持关闭。在其它实施例中，所述第一开关和所述第二开关分别根据修改后的S-PWM或M-PWM驱动信号及其反相各自打开和关闭，而第三开关和第四开关分别针对前半循环保持打开和关闭，且分别针对后半循环保持关闭和打开。
在一个或多个实施例中，所述无线电力传送充电电路包括逆变器，并且开关包括在所述逆变器中。
根据本公开的第二方面，提供一种用于无线电力充电电路的控制器，所述无线电力充电电路包括逆变器，其中所述控制器被配置成：生成正弦PWM S-PWM驱动信号，其中脉冲宽度根据周期性调制曲线的量值变化；以及通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，修改邻近或接近所述过零的所述S-PWM驱动信号。
根据一个或多个实施例，所述用于无线电力充电电路的控制器另外包括驱动电路，所述驱动电路被配置成使用修改后的M-PWM驱动信号来打开和关闭无线电力传送充电电路中的开关。
根据本公开的又一方面，提供一种用于无线电力充电电路的逆变器，包括：如上文所提及的控制器以及开关。所述逆变器可包括单芯片或集成电路，或可跨两个或更多个芯片或集成电路提供；举例来说，所述逆变器的数字控制部分可设置在例如MCU芯片的第一芯片上，且所述开关可作为例如功率晶体管的单独离散组件提供。所述逆变器可包括此类开关。在其它实施例中，所述开关可与控制器集成到相同的芯片或集成电路中。所述控制器或逆变器可被配置成实施上文所描述的方法中的任一个。
可提供一种计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时使计算机配置包括本文所公开的电路、控制器、传感器、滤波器或装置的任何设备或执行本文所公开的任何方法。计算机程序可以是软件实施方案，并且计算机可以被认为是任何适当的硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及在只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中的实施方案，这些皆为非限制性例子。软件实施方案可以是汇编程序。
计算机程序可设置在计算机可读介质上，所述计算机可读介质可以是例如磁盘或存储器装置的物理计算机可读介质，或可体现为另一非暂时性信号。
本发明的这些以及其它方面将通过下文所描述的实施例显而易见，并且将参考下文所描述的实施例阐明本发明的这些以及其它方面。
附图说明
将参考图式仅借助于例子描述实施例，在图式中：
图1示意性地示出典型的已知无线充电电路和控制器；
图2示出借助于简单PWM提供AC输出的开关控制；
图3示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制；
图4示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制的替代机构；
图5示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制，以及可在无线充电系统的接收器线圈中获得的电压，其中传输器线圈由S-PWM驱动的电流供电；
图6示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制，以及可在无线充电系统的接收器线圈中获得的电压，其中传输器线圈由根据一个或多个实施例的修改后的S-PWM驱动的电流供电；
图7示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制，以及可在无线充电系统的接收器线圈中获得的电压，其中传输器线圈由根据一个或多个其它实施例的修改后的S-PWM驱动的电流供电；
图8示出根据另外其它实施例的借助于S-PWM提供输出的开关控制。
应注意，图式是图解说明且未按比例绘制。为在图式中清楚和方便起见，这些图式的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或缩小而示出。相同的附图标记一般用于指在修改后和不同的实施例中的相应或类似的特征。
具体实施方式
图1示意性地示出典型无线充电电路以及控制器。电路100包括DC电源110、逆变器120、PI型滤波器150和谐振电路130。逆变器包括以全桥配置布置的四个开关S1122、S2134、S3126和S4128。PI型滤波器包括两个感应线圈L1152和L2154、电容Cpar 138。全桥的输入侧上的两个输入连接跨越DC电源110而连接；全桥的输出侧上的两个输出连接各自连接到两个感应线圈L1和L2中的每一个。DC电源110的一侧连接到接地156，且因此可称为“低侧”。另一侧可称为“高侧”。
逆变器120被连接以取决于逆变器的切换状态而通过L1或L2驱动谐振电路130。谐振电路130包括呈充电线圈Lp 132形式的电感，所述电感在充电板134上或通常嵌入在充电板134中。谐振电路由串联电容Cser 136完成。上文所提及的电感和电容中的每一个分别采取一个或多个个别电感器或电容器的形式。
开关S1到S4通常为例如FET的晶体管。开关例如通过使用来自控制器140的四个控制信号控制每个FET的栅极来加以控制。这些信号中的两个PWM1A和PWM3A控制高侧开关；其它两个控制开关PWM1B和PWM3B控制低侧开关。
图1中的点线所示为可借助于充电电路100充电的电路200的部分。具体地说，电路200包括电感元件160，所述电感元件160可定位成接近充电线圈，以便电感耦合到充电线圈，并将电力从充电电路无线传送到电路200。
对例如图1中所示的电感器的正常或简单PWM控制在图2中示出。为了确保DC电源从不短接到接地，在任何情况下，S1和S2中的仅一个可“接通”或导电，且S3和S4中的仅一个可“接通”或导电。因此，用于开关S1的控制信号PWM1A 212被布置成与用于开关S2的控制信号PWM1B 214互补。也就是说，每当S2不导电时，S1导电，且反之亦然。类似地，用于开关S1的控制信号PWM3A216被布置成与用于开关S2的控制信号PWM3B 218互补。也就是说，每当S2不导电时，S1导电，且反之亦然。本领域的技术人员将意识到，在一些情形中，开关的切换的计时可调整较小的量以适应开关的有限和非零回转速率，且避免随之发生的“击穿(shoot-through)”或与恰好在相同时刻切换两个开关相关联的其它问题；然而，这并非本公开特别关注的，因此无需在本文中另外论述。
控制器将开关布置成以周期T(且因此以频率1/T)切换；对于切换循环的第一部分(或“脉冲”)，S1不导电，且S2导电；对于切换循环的其余部分，S1导电，且S2不导电。PWM控制通常通过调整第一部分或脉冲的宽度同时使切换循环频率或周期保持恒定来实现。当然，给定S2的固定频率和限定的“工作时间”，S2中的“脉冲”不必在每个周期的开始时-尽管对于常规PWM控制，通常使用此情况。可替换的是，“脉冲”可在周期结束时。所述脉冲甚至可在周期的中间部分期间发生-但这将需要更复杂的控制，且因此通常不在常规PWM中应用。然而，对于例如下文中所论述的正弦PWM控制，S2中的“脉冲”通常未必总是在周期的开始时，以便维持在较长时间标度(例如“调制周期”，如将从下文中与调制频率相关且参考图3和4的论述而显而易见)内的对称性。
只要DC电源110供应固定电压，供应到输出的电力就取决于脉冲的宽度。因此，通过以正弦方式改变一个或多个脉冲的宽度，有可能提供AC输出。这在图3中示出。
图3示出借助于S-PWM提供AC输出的开关控制。具体地说，示出对开关S1到S4的控制以便提供正弦式AC输出310，还被称作调制波输出。如图所示，输出的调制频率为1/T。在此控制中，开关S1和S2提供所谓的“高频”半桥，且开关S3和S4控制提供“低频”半桥。
首先考虑高频半桥。此半桥使用固定频率的PWM控制来进行切换-在示出的所示例子中，此频率为调制频率的10倍，也就是说，所述频率为10/T。PWM频率有时还被称作“载波频率”，且此通过三角形载波320在图3中示意性地示出。
应注意，与用于其它应用的逆变器相比，例如无线充电等应用的调制频率与载波频率之间的比率相对较小。通常，提供主频率输出(例如，50Hz或60Hz)的逆变器以在10kHz到几百kHz的范围内的载波频率操作，以提供主频率输出-因而比率通常为200到2000。相比之下，在所示例子(其对于提供适用于无线充电等应用的调制频率为100到200kHz的输出的逆变器来说可为典型的)中，载波频率可为1到2MHz，且因此对于调制频率的每个半循环仅存在PWM控制的五个脉冲。
如图所示，对输出的电力供应(且因此调制波的高度)与S1中的导电脉冲的宽度成比例。因此，可根据正弦调制曲线(根据sin(2πt/T)在时间t处)计算脉冲的宽度。
可替换的是，图3中示出计算上简单的方法。三角形载波重叠，也就是说与调制曲线相比：PWM1A被设置成每当载波越过调制曲线时改变状态(也就是说，开关S1在导电与不导电状态之间切换)。并且，由于半桥中的另一开关(S2)在PWM1B的控制下用作S1的互补，所以此另一开关在不导电与导电状态之间切换。因此，电感器L2的供应侧上的电压根据S-PWM切换而切换，以便驱动无线充电器的谐振电路。这些切换控制信号在中间两个曲线360中示出。
图3中还在底部两个曲线370处示出用于第三开关S3的控制信号PWM3A和用于第四开关S4的PWM3B。这两个开关形成后半桥，在调制曲线的相对低频率下以50％PWM操作。相对低切换频率具有使电感器L1的输入侧上的电压在供应电压与接地之间周期性地切换的效果，且实现AC曲线的负侧(也就是说，第三象限340和第四象限350)上的负向切换。
因为在任何一次，S-PWM仅施加到半桥中的一个(S1和S2)而不施加到另一半桥(S3和S4)，所以此类型的操作被称作单极PWM操作。
图4示出用于供应单极S-PWM的替代驱动布置。此配置与图3所示的配置大致类似，然而，并非具有“相对高频率”桥S1和S2以及“相对低频率”桥S3和S4，在此配置中，开关S1和S2被视为“左桥”且开关S3和S4被视为“右桥”：在此配置中，左桥S1和S2在S-PWM控制下针对调制曲线的前两个象限进行操作，如中间两个曲线460所示，且右桥S3和S4在S-PWM控制下针对调制曲线的第三和第四象限进行操作，如底部两个曲线470所示。因此，从图中可以看出，开关S3和S4对于前两个象限处于低频模式，且S1和S2对于第三和第四象限处于低频模式。
图3和图4中所示的操作模式中的每一个的共同点是，在调制曲线的任何象限期间，对应于前半桥的一对开关在载波频率下以S-PWM操作，且对应于另一半桥的另一对开关在调制频率下以简单PWM操作。
图5在左手侧分别示出在完整循环(也就是说，对于如图4中所示的单极S-PWM系统，调制波的前半循环，然后，后半循环)内用于开关S1和S2的S-PWM驱动信号510和515。在前半循环期间，驱动器的脉冲的宽度示出特性S-PWM变化，从一段时间或空闲时间514之后过零的短第一脉冲513开始，脉冲宽度在半循环的中间增加到更长脉冲，然后减小回到在半循环的结束之前有空载时间或空闲周期512的最终短脉冲511。在后半循环期间，用于开关S1的驱动信号断开，而用于开关S2的驱动器打开。
在右手侧上示出在将电力从充电装置100传送到接收装置或电路200时使用S-PWM驱动信号的实验测量。迹线510示出S-PWM驱动信号，所述S-PWM驱动信号打开和关闭开关S1，而互补开关S2与S1相反或互补地打开和关闭(未示出)。图式的右手侧还示出接收器电感器线圈160两端的所得电压520。在前半循环期间，线圈两端的电压通常为正且逐渐增加；在后半循环期间，线圈两端的电压通常为负且逐渐变得更负。然而，在半循环中的每一个开始时，存在较短间隔，在此期间电压降回零，且实际上跨越零，从而产生除对应于从调制波的前半循环到后半循环的变化的过零之外的过零。这些伪对过零在图5的右手侧上的522、524、526和528处示出。如所提及，额外过零是伪的，且通常是不合需要的：例如，提供与无线充电信号自身直接相关的通信变得越来越受关注。举例来说，调制波自身可用于通信目的。可通过频移键控(FSK)或其它协议将信息编码到调制波上。为了解调FSK数据，有必要准确地测量调制波的频率。这很简单，只要每个周期只有两个过零-引入额外的伪过零会增加解调的复杂性。因此，将需要限制或完全避免此类伪过零。
针对根据本公开的一个或多个实施例操作的无线充电器，图6在左手侧示出用于S1和S2的S-PWM驱动信号，且在右手侧示出S1的实验测量和接收器线圈两端的所得电压。
在大多数调制波循环内，在左手侧所示的分别用于开关S1和S2的S-PWM驱动信号610和615类似于常规方法中的那些信号。然而，通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔或延迟，修改邻近所述过零的M-PWM驱动信号。如图所示，在示出的实施例中，最接近前半循环与后半循环之间的过零的脉冲从t1的预期持续时间(根据S-PWM调制)加宽到t2的实际持续时间。在示出的实施例中，所述脉冲是修改后的在过零之前的最后脉冲。此外，在示出的实施例中，脉冲关于其中心对称地加宽。在其它实施例中，脉冲可不对称地加宽；也就是说，在其它实施例中，脉冲的开始向前移动的量可能比脉冲的结束在时间上向后移动的量要更小或更大。在一个或多个其它实施例中，脉冲的开始可相对于其未加宽状态不变，使得加宽引起脉冲的结束时刻变化而不会改变其开始。
右手侧示出加宽最接近过零的脉冲的影响。在右手侧上示出根据一个或多个实施例的在将电力从充电装置100传送到接收装置或电路200时使用S-PWM驱动信号的实验测量。迹线610示出S-PWM驱动信号，所述S-PWM驱动信号打开和关闭开关S1，而互补开关S2与S1相反地打开和关闭(未示出)。图式的右手侧还示出接收器电感器线圈160两端的所得电压620。在前半循环期间，线圈两端的电压通常为正且逐渐增加；在后半循环期间，线圈两端的电压通常为负且逐渐变得更负。然而，与图5中所示的常规方法相比，在半循环中的每一个开始时，存在较短间隔，在此期间电压降回零，在此情况下，接收线圈160两端的电压的降低本身减小。因此，虽然线圈两端的电压暂时减小，但其不会跨越零。因此，每个完整循环仅存在两个过零，且自其确定调制波频率是简单的。
如从图3和4可见，在单极S-PWM中的调制波的任何个别半循环期间，开关中的两个开关以可变脉冲宽度操作，且另外两个开关在完整半循环内分别打开和关闭。如已经提及的，图6中所描绘的开关S1和S2的切换对应于S-PWM，其中在调制波的前半循环期间，S1和S2以可变脉冲宽度切换，并且在调制波的后半循环期间，S3和S4以可变脉冲宽度切换(未示出)，而S1和S2分别断开和接通。
从右手侧，可以看出，电感线圈两端的电压不仅在前半循环期间不跨越零返回，如在624和628处所示，而且在后半循环期间也不跨越零返回，如在622和626处所指示。因此，根据此实施例，在调制波的后半循环期间开关S3的第一脉冲和最后脉冲的计时以开关S1在前半循环期间被修改的相同方式来修改。在其它实施例中，基于图3的替代单极S-PWM方法，脉冲宽度调制在调制波的两个半循环期间施加到开关S1和S2；开关S3和S4从断开状态切换到接通状态，且反之亦然，仅在每个半循环中切换一次，且所述开关可因此被描述为缓慢或低频率开关。
尽管调制波的频率的确定可通过仅在调制波的每个完整循环的前半循环期间避免伪过零而在某一有限程度上简化，但一般来说，可优选的是在前半循环和后半循环两者期间避免伪过零。因此，尽管根据本公开的一些实施例，最接近过零的所述或每个脉冲仅在前半循环期间被修改，但在优选实施例中，最接近过零的所述或每个脉冲在前半循环和后半循环两者中被修改。
针对根据本公开的一个或多个其它实施例操作的无线充电器，图7在左手侧示出用于S1和S2的S-PWM驱动信号，且在右手侧示出S1的实验测量和接收器线圈两端的所得电压。
在大多数调制波循环内，在左手侧示出的分别用于开关S1和S2的S-PWM驱动信号710和715同样类似于常规方法中的那些信号。然而，通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔或延迟，修改邻近所述过零的M-PWM驱动信号。在根据图7示出的一个或多个实施例中，此减小通过将最接近调制波的过零的脉冲与在所述脉冲与过零之间的空闲时间进行交换而实现。根据图7中所示的实施例，未修改或常规的S-PWM的第一脉冲或工作时间513被空闲周期714替换，并且空闲周期514被第一工作周期或脉冲713替换。
如图7中所示，根据一个或多个实施例，在调制波的过零之后的第一脉冲513和在调制波的过零之前的最后脉冲511都与其相应的空闲周期712和714进行交换；在一个或多个其它实施例中，仅第一脉冲713与其相应的空闲时间进行交换，但是这将导致不对称性增加，如上文所论述，这通常是不太优选的。
一般来说，最接近过零的脉冲的宽度或持续时间将不同于且通常长于其与过零之间的空闲周期的持续时间。因此，考虑到第一脉冲513，在图7中所示的实施例中，在自身过零时刻处开始的修改后的第一脉冲713将通常比未修改的脉冲513具有更短的持续时间。然而，在其它实施例中，第一脉冲513的宽度不变化，但脉冲(713)在时间上相反地移位(相对于513)，使得其始于过零。
现在转向图8，此图示出根据另外其它实施例的借助于S-PWM提供输出的开关控制。首先考虑调制波的前半循环(从0到T/2)。在此情况下，不修改第一脉冲513和最后脉冲511，但在第一脉冲之前的空闲时间内引入额外脉冲816；可在最后脉冲之后的空闲时间内引入另外的额外脉冲817。额外脉冲816可在如图所示的过零处立即开始，或可相对于自身过零延迟。类似地，额外脉冲817可在如图所示的过零处结束，或可相对于自身过零提前，以便刚好在过零之前留下较小的空闲时间。
在调制波的后半循环期间(从T/2到T)，将一个或多个对应的额外脉冲引入到用于开关S3和S4的控制信号。
本领域的技术人员将了解，上文所论述的实施例可在硬件或软件或两者的组合中实施。具体地说，可提供一种用于无线充电器的PWM驱动设备，所述PWM驱动设备被配置成生成多PWM信号或S-PWM信号，从而对开关驱动器的最靠近调制波的过零的一个或每个脉冲进行修改，其中调制波确定通过无线充电器中的线圈的电流的频率，所述无线充电器耦合到待充电的装置中的线圈以便将电力传送到其上。
如上文所提及，驱动设备可被配置成在调制波的两个或更多个不同频率下操作。具体地说，所述设备可被配置成通过使用例如频移键控FSK等协议在调制频率之间移位而对数据进行编码。本公开的实施例可简化接收装置对调制波的频率的确定，这是因为可减少或消除伪过零。因此可简化用于对由此编码的数据进行解码的FSK解调。因此，本公开的实施例可促进从充电装置到接收器的通信或数据传送。
通过阅读本公开，本领域的技术人员将明白其它变化和修改。此类变化和修改可涉及等效和其它特征，这些等效和其它特征在多PWM领域中具体来说在S-PWM领域中已经是已知的，且可用作本文已经描述的特征的替代或补充。
尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但是应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或该新颖特征的任何概括，而不管该新颖特征是否涉及与当前在任何权利要求中要求保护的本发明相同的发明或该新颖特征是否缓和与本发明所缓和的技术问题相同的任一或全部技术问题。
在单独的实施例的上下文中描述的特征也可以在单个实施例中以组合形式提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的情形中所描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供。申请人特此提醒，在审查本申请案或由此衍生的任何另外的申请案期间，可针对此类特征和/或此类特征的组合而制定新的权利要求。
为了完整起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个、单个处理器或其它单元可以实现在权利要求中所述的若干构件的功能，并且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
Claims (10)
1.一种用于使用多脉冲宽度调制M-PWM驱动信号进行无线电力传送的方法，其特征在于，包括：
生成所述多PWM驱动信号，其中脉冲宽度根据周期性调制曲线的量值变化；
通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，修改邻近所述过零的所述M-PWM驱动信号；以及
使用修改后的M-PWM驱动信号来打开和关闭无线电力传送充电电路中的开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的所述至少一个脉冲包括在所述过零之后的第一脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括加宽最接近所述过零的脉冲的宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括调整最接近所述过零的所述脉冲的计时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括将最接近所述过零的所述脉冲与紧邻所述过零的空闲时间进行交换。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减小所述过零与最接近所述过零的所述M-PWM驱动信号的脉冲之间的间隔包括在紧邻所述过零的空闲时间中引入额外脉冲。
7.一种方法，其特征在于，包括
针对调制曲线的前半周期应用根据在前的任一项权利要求所述的方法，以及
在所述调制曲线的整个紧接在后的半周期内，保持所述第一开关打开。
8.一种用于无线电力充电电路的控制器，所述无线电力充电电路包括逆变器，其特征在于，所述控制器被配置成
生成正弦PWM S-PWM驱动信号，其中脉冲宽度根据周期性调制曲线的量值变化；以及
通过减小周期性调制波的过零与最接近所述过零的S-PWM驱动信号的至少一个脉冲之间的间隔，修改邻近所述过零的所述S-PWM驱动信号。
9.根据权利要求8所述的用于无线电力充电电路的控制器，其特征在于，
另外包括驱动电路，所述驱动电路被配置成使用修改后的S-PWM驱动信号来打开和关闭无线电力传送充电电路中的开关。
10.一种用于无线电力充电电路的逆变器，其特征在于，包括：
根据权利要求8或9所述的控制器，以及
开关。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110391694.6A CN115208077A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 |
| EP21174637.5A EP4075641B1 (en) | 2021-04-12 | 2021-05-19 | Improved multiple and sinusoidal pulse width modulation for wireless charging |
| US17/658,348 US20220329177A1 (en) | 2021-04-12 | 2022-04-07 | Multiple and sinusoidal pulse width modulation for wireless charging |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110391694.6A CN115208077A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115208077A true CN115208077A (zh) | 2022-10-18 |
Family
ID=76011772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110391694.6A Pending CN115208077A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220329177A1 (zh) |
| EP (1) | EP4075641B1 (zh) |
| CN (1) | CN115208077A (zh) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11196298B2 (en) * | 2018-03-28 | 2021-12-07 | Apple Inc. | Wireless charging device with sinusoidal pulse-width modulation |
| CN110707906B (zh) * | 2019-10-11 | 2021-09-07 | 湖南大学 | 一种基于Si/SiC混合开关的逆变器窄脉冲消除方法 |
-
2021
- 2021-04-12 CN CN202110391694.6A patent/CN115208077A/zh active Pending
- 2021-05-19 EP EP21174637.5A patent/EP4075641B1/en active Active
-
2022
- 2022-04-07 US US17/658,348 patent/US20220329177A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220329177A1 (en) | 2022-10-13 |
| EP4075641A1 (en) | 2022-10-19 |
| EP4075641B1 (en) | 2024-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3381106B1 (en) | Wireless inductive power transfer | |
| EP3371871B1 (en) | Wireless inductive power transfer | |
| US8378695B2 (en) | Determining the dead time in driving a half-bridge | |
| EP3195443B1 (en) | Wireless inductive power transfer | |
| CN101753074A (zh) | 用于无刷直流电动机的控制电路及其方法 | |
| WO2014125392A1 (en) | Dynamic resonant matching circuit for wireless power receivers | |
| CN100530926C (zh) | 一种转换器及其控制方法 | |
| WO2018083283A1 (en) | Power transmitter and method for wirelessly transferring power | |
| CN107548536B (zh) | 感应电流传输方法 | |
| KR20050025645A (ko) | 가스 방전 램프를 위한 드라이버 | |
| CN115208077A (zh) | 用于无线充电的改进多脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制 | |
| US10243407B2 (en) | System, device, and method for controlling a power inverter | |
| EP3985860B1 (en) | Apparatus and methods for varying output pwm control of an inverter | |
| JP6882798B2 (ja) | 電源供給装置及び負荷に電源を供給する方法 | |
| CN116232104A (zh) | 全波输出的单管逆变器、无线电能传输系统及其控制方法 | |
| JP2004014487A (ja) | 複数の加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法 | |
| JP4752159B2 (ja) | 高周波電源装置 | |
| WO2001052602A9 (en) | Apparatus and method for inductive heating | |
| CN103249200A (zh) | 一种调光装置的控制方法 | |
| KR102512265B1 (ko) | 전원 공급 장치 | |
| CN112888100B (zh) | 半桥电磁器具的电磁加热控制方法和半桥电磁器具 | |
| JP4107150B2 (ja) | 誘導加熱装置 | |
| CN110381638B (zh) | 一种可控硅调光器关灯方式的检测电路 | |
| CN111355305A (zh) | 无线传输功能中的动态死区时间控制 | |
| KR100259817B1 (ko) | 유도가열조리기의스위칭구동회로 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |