CN115566811A - 无线充电发射器和用于控制所述无线充电发射器的方法 - Google Patents

无线充电发射器和用于控制所述无线充电发射器的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种无线充电发射器(100)，其包括：第一输入端和第二输入端(112、114)，其用于从电源(500)接收输入电压；线圈(120)；逆变器(130)，其具有分别耦合到第一输入端和第二输入端(112、114)的第一逆变器输入端和第二逆变器输入端(132、134)以及用于将输出电压提供到线圈(120)的第一逆变器输出端和第二逆变器输出端(136、138)；以及控制系统，其被配置成：监测第一输入端与第二输入端(132、134)之间的电压(Vin)；并且基于监测到的电压与目标电压之间的偏移，控制逆变器(130)调整输出电压，以至少部分地补偿偏移。无线充电发射器(100)可另外包括耦合在输入端(112、114)中的一个输入端与逆变器(130)之间的理想二极管(180)。

Description

无线充电发射器和用于控制所述无线充电发射器的方法
技术领域
本公开涉及一种无线充电发射器和一种用于控制所述无线充电发射器的方法。具体来说，但非排他地，本公开涉及一种包括控制系统的无线充电发射器，所述控制系统用于调整供应到功率发射器线圈的电流或电压以至少部分地补偿电源电压的波动。
背景技术
在汽车应用中，无线充电发射器是一种连接到电池且用于将功率从无线充电发射器无线地发射到功率接收装置的装置。其它装置也可以连接到电池。无线充电使用带内ASK通信将数据从功率接收装置发送到无线充电发射器。此数据是用于调节功率递送的反馈信号。ASK方法涉及功率接收装置切换其负载以使功率发射器线圈的电流/电压振幅变化，其中所述变化的持续时间表示逻辑1或0。无线充电发射器处的ASK解调用于根据功率发射器线圈处的检测到的电流/电压振幅变化获得数据。
发明内容
所附权利要求书中阐述了本公开的各方面。来自从属权利要求的特征的组合可以按需要与独立权利要求的特征进行组合，且不仅仅是按照权利要求书中所明确阐述的那样进行组合。
根据本公开的方面，提供一种无线充电发射器，其包括：
第一输入端和第二输入端，其用于从电源接收输入电压；
线圈；
逆变器，其具有分别耦合到所述第一输入端和所述第二输入端的第一逆变器输入端和第二逆变器输入端以及用于将输出电压提供到所述线圈的第一逆变器输出端和第二逆变器输出端；以及
控制系统，其被配置成：
监测所述第一输入端与所述第二输入端之间的电压，并且
基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而控制所述逆变器调整逆变器输出电压，以至少部分地补偿所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移。
通过包括控制系统，可减少或抑制线圈上由电源上的电压纹波引起的能量干扰，从而提高充电过程的稳定性，所述控制系统被配置成监测第一输入端与第二输入端之间的电压，并且基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而控制逆变器调整逆变器输出电压，以至少部分地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移。电源上的电压纹波可能是由于例如另一无线充电发射器或DC/DC转换器的另一装置连接到相同的电源。
目标电压可以是监测到的电压的平均值。
控制系统可被配置成确定监测到的电压的平均值。
可使用移动滤波器来获得监测到的电压的平均值。
移动滤波器可由软件算法或由硬件实施。举例来说，移动滤波器可由外部RC电路实施。
控制系统可被配置成通过调整逆变器的工作循环、相移或频率中的一个来控制逆变器。
控制系统可被配置成通过调整逆变器的工作循环、相移或频率中的一个达一定的量来控制逆变器，所述量由监测到的电压与目标电压之间的偏移确定。
控制系统可被配置成通过调整逆变器的工作循环、相移或频率中的一个达相对量来控制逆变器，所述相对量与监测到的电压与目标电压之间的相对偏移成比例。
举例来说，控制系统可控制逆变器以引起工作循环的相对变化，所述相对变化与监测到的电压与目标电压之间的相对偏移成比例。比例常数可为负的。
控制系统可被配置成确定监测到的电压上的纹波的频率，并以大于纹波的频率的采样频率监测第一输入端与第二输入端之间的电压。
通过以大于纹波的频率的采样频率监测第一输入端与第二输入端之间的电压，可以改善纹波的补偿。
控制系统可另外被配置成：
监测所述线圈中的电流，并且
控制所述逆变器调整所述输出电压以减少监测到的电流与目标电流之间的偏移。
这可另外减少或抑制线圈上由来自共享共同电源的另一装置(例如，另一无线充电发射器、DC/DC转换器或开关模式电源)的电压纹波引起的能量干扰，从而提高充电过程的稳定性。
目标电流可至少部分地由从装置接收到的功率控制信号确定，所述装置从无线充电发射器无线地接收功率。
可基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而调整目标电流，以至少部分地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移。
以此方式，基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而调整目标电流可用于间接地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移。
控制系统可包括比例积分(PI)控制器，所述PI控制器被配置成基于监测到的电流与目标电流之间的偏移而输出用于控制逆变器的信号。
可通过监测线圈电压来有效地监测线圈电流，这是因为所述线圈电压和所述线圈电流具有相似的波形。
无线充电发射器可被配置成从装置接收功率控制信号，所述装置从无线充电发射器无线地接收功率，其中控制系统被配置成在接收到每个所述功率控制信号之后，控制逆变器调整逆变器输出电压以至少部分地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移，和/或减少监测到的电流与目标电流之间的偏移。
可在调制线圈电流或电压时接收功率控制信号。功率控制信号可以是幅移键控(ASK)信号。功率控制信号可以是控制错误包(CEP)。
控制系统可被配置成在可接收功率控制信号的时间段期间暂时停止控制逆变器调整逆变器输出电压以减少监测到的电流与目标电流之间的偏移。
这避免了控制系统响应于由于ASK调制引起的线圈电流/电压变化而控制逆变器。
所述无线充电发射器可另外包括：
二极管装置，其耦合在所述第一输入端和所述第二输入端中的一个输入端与所述第一逆变器输入端和所述第二逆变器输入端中的对应一个逆变器输入端之间。
这可通过阻止由于ASK信号引起的扰动到达DC电源的电压总线而减少或防止在无线充电发射器处接收到的ASK信号在与无线充电发射器共享共同电源的另一装置处引起干扰。作为例子，这可减少或防止无线充电发射器在电源电压上产生纹波(这可能会干扰共享共同电源的另一无线充电发射器处的ASK解调)，进而提高所述另一无线充电发射器处的充电过程的稳定性。
二极管装置可被布置成优选地允许电流从第一输入端流向第一逆变器输入端，同时阻止电流在相反方向上流动。
二极管装置可以是理想二极管。
这可有利地降低功耗。
理想二极管装置可包括MOSFET和用于控制MOSFET的控制器。
控制器可包括控制芯片或包括一个或多个晶体管的控制电路。
控制器可以被配置成在理想二极管装置的输入处的电压高于理想二极管装置的输出处的电压时驱动MOSFET接通，否则MOSFET断开。
以此方式，理想二极管装置用于阻挡去往电源的反向电流，进而减少ASK信号从无线充电发射器到电源的回流。
二极管装置可以是常规二极管，例如肖特基二极管。
无线充电发射器可另外包括与逆变器并联耦合的电容器。
这可适用于在二极管装置不导电时提供保持时间或提高电压稳定性。电容器的一端可耦合到二极管装置以及第一逆变器输入端或第二逆变器输入端。电容器的另一端可耦合到地面。
二极管装置可耦合在第一输入端与第一逆变器输入端之间。可替换的是，二极管装置可耦合在第二逆变器输入端与第二输入端之间。也就是说，可在高侧或低侧提供二极管装置。
无线充电发射器可以是单级功率发射器。
逆变器可以是全桥逆变器。
电源可以是电池。
无线充电功率发射器可被配置成接收并解调在调制线圈电流或电压时接收到的数据信号。
控制系统可由微控制器单元(MCU)实施。
根据本公开的另一方面，提供一种系统，其包括：
如上文所定义的第一无线充电发射器，以及
另一装置，
其中所述第一无线充电发射器和所述另一装置被布置成从同一电源接收功率。
所述另一装置可以是如上文所定义的第二无线充电发射器。
第一无线充电发射器可另外包括耦合在第一输入端和第二输入端中的一个输入端与第一逆变器输入端和第二逆变器输入端中的对应一个逆变器输入端之间的二极管装置。
第一无线充电发射器的二极管装置可防止在第一无线充电发射器的线圈处接收到的ASK信号反向传播到共同电源的DC电压总线以干扰在第二无线充电发射器处接收到的ASK信号。
根据本公开的另一方面，提供一种用于控制无线充电发射器的方法，所述无线充电发射器包括用于从电源接收输入电压的第一输入端和第二输入端、线圈、耦合到所述输入端并且被配置成将输出电压提供到所述线圈的逆变器，所述方法包括：
监测所述输入电压，以及
基于监测到的电压与目标电压之间的偏移，控制所述逆变器调整所述输出电压，以至少部分地补偿所述偏移。
所述方法可另外包括：
监测所述线圈中的电流，以及
控制所述逆变器调整所述输出电压以减少所述监测到的电流与目标电流之间的偏移。
根据本公开的另一方面，提供一种无线充电发射器，其包括：
第一输入端和第二输入端，其用于从电源接收输入电压；
线圈；
逆变器，其具有分别耦合到所述第一输入端和所述第二输入端的第一逆变器输入端和第二逆变器输入端以及用于将输出电压提供到所述线圈的第一逆变器输出端和第二逆变器输出端；以及
二极管装置，其耦合在所述第一输入端和所述第二输入端中的一个输入端与所述第一逆变器输入端和所述第二逆变器输入端中的对应一个逆变器输入端之间。
附图说明
将仅借助于例子参考附图来描述本公开的示例实施例，在附图中，类似附图标记指代类似元件，并且在附图中：
图1示意性地示出了单功率级无线充电发射器；
图2示意性地示出了根据本公开的示例实施例的无线充电发射器；
图3示意性地示出了根据本公开的另一示例实施例的无线充电发射器；
图4示出了根据本公开的示例实施例的用于无线充电发射器中的理想二极管的示例配置；
图5示出了根据本公开的示例实施例的用于无线充电发射器中的理想二极管的另一示例配置；
图6示意性地示出了根据本公开的示例实施例的由无线充电发射器的控制系统实施的示例控制回路；
图7示意性地示出了根据本公开的示例实施例的由无线充电发射器的控制系统实施的另一示例控制回路；
图8示出了根据本公开的示例实施例的无线充电发射器的控制时序；并且
图9示出了根据本公开的示例实施例的包括无线充电发射器的系统。
具体实施方式
图1示出了示例单功率级无线充电发射器10，其连接到呈电池形式的DC电源50，并且被布置成用于将功率无线地发射到功率接收装置60。无线充电发射器10包括用于从电源50接收输入电压的第一输入端12和第二输入端14、线圈20、逆变器30和控制系统40。在图1中，第一输入端12和第二输入端14分别耦合到电池50的正端和负端。呈全桥逆变器形式的逆变器30包括分别耦合到第一输入端12和第二输入端14的第一逆变器输入端32和第二逆变器输入端34，以及用于将输出电压提供到线圈20的第一逆变器输出端36和第二逆变器输出端38。第一逆变器输出端36经由串联连接在第一逆变器输出端36与第一线圈端22之间的第一电感器26和电容器27耦合到线圈20的第一端22。第二逆变器输出端38经由第二电感器28耦合到线圈20的第二端24。第二电容器29与线圈20和第一电容器27并联连接，其中第二电容器29的一端连接在第一电感器26与第一电容器27之间，并且第二电容器29的另一端连接在第二电感器28与线圈20的第二端24之间。控制系统40被配置成例如通过控制逆变器30的工作循环、相位和/或频率来控制逆变器30，以将所需的输出电压波形提供到线圈20。控制系统40还接收用于对线圈20的电流Icoil和/或电压Vcoil进行采样的信号60。
其它装置也可以连接到电池50，并且这些装置的各种功率要求和操作频率可能会引起瞬时功耗变化，这可能会扰动DC电源电压。因此，电池电压可能会受连接到电池的各种装置的工作状态影响，使得可能在电池电压上产生AC纹波，并且所述AC纹波进而耦合到无线充电发射器的功率发射器线圈电流/电压。
无线充电发射器的DC电源电压上由共享同一DC电源的其它装置产生的AC噪声纹波可能会耦合到线圈电流/电压上，从而干扰带内通信。这可能会引起ASK通信错误，从而有可能造成无线充电失败。尽管双级发射器中的DC-DC级可帮助减少纹波，但许多应用使用单级发射器，所述单级发射器仅使用频率控制或工作循环控制来控制功率递送。
作为例子，当连接到与无线充电发射器相同的电池的DC/DC转换器正在工作时，可能存在耦合在DC电压总线上的一些频率DC/DC操作纹波。这可能会影响无线充电发射器的线圈电流/电压，从而使ASK解调失败。
作为另一例子，当两个或更多个无线充电发射器共享同一DC电源时，一个发射器处的ASK信号可能会回流到DC电压总线且干扰另一发射器处的ASK信号。举例来说，当第一无线充电发射器正在工作时，其ASK通信信号可耦合到DC电压总线上，进而影响第二无线充电发射器的线圈电流/电压，从而使第二无线充电发射器处的ASK解调失败。第一无线充电发射器可能会以相同方式受第二无线充电发射器影响。
图2示出了根据本公开的示例实施例的无线充电发射器100。呈单功率级无线充电发射器形式的无线充电发射器100耦合到呈电池形式的DC电源500，并且被布置成用于将功率无线地发射到功率接收装置600。无线充电发射器100包括第一输入端112和第二输入端114、线圈120、逆变器130和控制系统140。在图2中，第一输入端112和第二输入端114分别耦合到电池500的正电压总线和负电压总线以从电池接收功率。呈全桥逆变器形式的逆变器130包括分别耦合到第一输入端112和第二输入端114的第一逆变器输入端132和第二逆变器输入端134，以及用于将输出电压提供到线圈120的第一逆变器输出端136和第二逆变器输出端138。逆变器130包括通过脉宽调制控制的晶体管，在图2中示意性地指示为开关。第一逆变器输出端136经由串联连接在第一逆变器输出端136与第一线圈端122之间的第一电感器126和电容器127耦合到线圈120的第一端122。第二逆变器输出端138经由第二电感器128耦合到线圈120的第二端124。第二电容器129与线圈120和第一电容器127并联连接，其中第二电容器129的一端连接在第一电感器126与第一电容器127之间，并且第二电容器129的另一端连接在第二电感器128与线圈120的第二端124之间。
控制系统140被配置成例如通过控制逆变器130的晶体管的开关时间以控制逆变器130的工作循环、相位和/或频率来控制逆变器130，以将所需的输出电压波形提供到线圈120。控制系统140还接收用于对无线充电发射器100从电源500接收到的电压Vin进行采样的信号150，以及用于对线圈120中的电流Icoil进行采样的信号160。信号160用于控制从无线充电装置100发射到功率接收装置600的功率。控制系统140使用信号150以及任选的信号160来补偿电压Vin上的纹波或噪声，如将结合图6到8更详细地描述。控制系统140可由数字功率控制MCU(微控制器单元)实施。
无线充电发射器100另外包括二极管装置180和保持电容器190。二极管装置180串联耦合在第一输入端112和第二输入端114中的一个输入端与第一逆变器输入端132和第二逆变器输入端134中的对应一个逆变器输入端之间。在图2所示的例子中，二极管装置180耦合在第一输入端112(在使用中，耦合到DC电源500的正端)与第一逆变器输入端132之间。然而，二极管装置180不限于提供在高侧上，并且可替换的是，可以提供在低侧上，如下文将结合图3描述。
二极管装置180用以防止无线充电ASK信号回流到DC电源500的电压总线。二极管装置180被布置成优选地允许电流从第一输入端112流向第一逆变器输入端132，同时阻止电流在相反方向上流动。当逆变器输入端132处的电压高于输入端112处的电压Vin时，二极管装置180不导电，进而阻挡反向电流并防止线圈120处的ASK调制耦合到DC电源。这又防止来自无线充电发射器100的ASK信号回流到DC电压总线且干扰共享同一电源500的另一无线充电发射器处的ASK解调效应。
图3示出了根据本公开的另一示例实施例的无线充电发射器100'。图3的无线充电发射器100'与图2的无线充电发射器100的不同之处在于二极管装置180'提供在低侧而不是高侧上。也就是说，在图3所示的示例实施例中，二极管装置180'耦合在第二输入端114(在使用中，耦合到DC电源500的负端)与第二逆变器输入端134之间。
二极管装置180、180'优选地呈理想二极管的形式。这提供了降低功耗的优点。然而，可替换的是，可以使用常规二极管，例如肖特基二极管。参考图4和5，可使用与控制器184、184'集成的MOSFET 182、182'来实施理想二极管180a、180b。控制器184、184'自动检测理想二极管180a、180b的输入186、186'处的电压Vin(即，输入端112处从电源500接收到的电压Vbus)，并且在理想二极管输入186、186'处的电压Vin高于理想二极管输出188、188'处(即，逆变器输入端132处)的电压Vout时，驱动MOSFET 182、182'接通。否则，MOSFET 182、182'将断开。因此，线圈120上的ASK纹波将与DC电源500的电压总线阻隔开。
图4示出了用作无线充电发射器100的二极管装置180的理想二极管180a的示例配置。理想二极管180a包括MOSFET 182和呈控制芯片U14形式的控制器184。与常规二极管相比，此实施方案可以大大降低功耗。控制芯片U14自动检测理想二极管输入186处的电压Vin(对应于输入端112处来自DC电压总线的电压Vbus)，并且在二极管输入186处的电压Vin高于理想二极管输出188处的电压Vout(即，提供到逆变器输入端132的电压)时，驱动MOSFET182接通。图4所示的理想二极管180a还可用于图3的无线充电发射器100'中。
图5示出了用作无线充电发射器100的二极管装置180的理想二极管180b的另一示例配置。理想二极管180b包括MOSFET Q38 182'和呈包括晶体管Q39A、Q39B、Q1和Q2的控制电路形式的控制器184'。与常规二极管相比，此实施方案可以大大降低功耗。如果理想二极管输入186'处的电压Vin(即，输入端112处来自电源500的DC电压总线的电压Vbus)高于理想二极管输出188'处的电压Vout(即，提供到逆变器输入端132的电压)，则晶体管Q39A将接通，晶体管Q39B将断开，Q40中的晶体管Q2将接通，Q40中的晶体管Q1将断开，Q40 OUT将连接到GND，晶体管Q38将接通，并且理想二极管180b的输入186'将连接到理想二极管180b的输出188'。也就是说，无线充电发射器100的输入端112将连接到逆变器输入端132，使得电压Vin输入到逆变器130。如果理想二极管输入186'处的电压Vin小于理想二极管输出188'处的电压Vout，则Q39A将断开，Q39B将接通，Q40中的Q1将接通，Q40中的Q2将断开，Q40 OUT将连接到理想二极管输出188'，Q38将离开，并且理想二极管180b的输出188'将与理想二极管180b的输入186'断开连接。也就是说，无线充电发射器100的输入端112将与逆变器输入端132断开连接，以防止反向电流。图5所示的理想二极管180b还可用于图3的无线充电发射器100'中。
如图2和3所示，保持电容器190、190'与逆变器130并联连接。在图2所示的例子中，保持电容器190的一端连接在二极管装置180与逆变器130之间，保持电容器190的另一端连接到地面。在图3所示的例子中，保持电容器190的一端连接到二极管装置180'与逆变器130之间的点，保持电容器190的另一端连接到无线充电发射器100'的输入端112。保持电容器190的电容被选择为当DC电源500的总线上的电压Vbus小于输入到逆变器130的电压Vout时提供足够的保持时间。保持电容器190的所需电容取决于从电源500接收到的输入电压Vin上的任何电压纹波的频率。举例来说，1μF电容将适用于2kHz纹波。
图6示意性地示出了根据本公开的示例实施例的由无线充电发射器100、100'的控制系统140实施的控制回路142的示例实施例。图6示出无线充电发射器系统的以下元件：由无线充电发射器100从电源500接收到的电压Vin、逆变器130、线圈120、由控制系统140实施的控制回路142，以及从无线充电发射器100无线地接收功率的功率接收装置600。
控制系统140被配置成监测输入端112、114处从电压源500接收到的电压Vin，并且基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而控制逆变器130调整逆变器输出电压，以至少部分地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移。举例来说，可控制逆变器130在与监测到的电压与目标电压之间的偏移的意义相反的意义上调整逆变器输出电压。也就是说，如果监测到的电压增大，那么可控制逆变器130减小逆变器输出电压，且反之亦然。在此示例实施例中，目标电压是监测到的电压的平均值。
控制系统140接收用于对无线充电发射器100从电源500接收到的电压Vin进行采样的信号150。以第一采样频率1/T1对电压Vin进行采样，以获得Vin的最新值Vnew 170。在第一采样频率的N1个循环内使用移动滤波器172或移动窗口来确定输入电压Vin的平均值Vavg 174。移动滤波器172可由软件算法或由例如外部RC电路等硬件实施。N1被选择为提供足够平滑以用作参考的值Vavg。然后将值Vnew 170和Vavg174进行比较以获得偏移176，在此例子中为相对偏移(Vnew-Vavg)/Vavg。然后使用所述偏移来确定补偿参数Kp1 174。举例来说，可使用下式：
Kp1＝(Vnew-Vavg)/Vavg，
也就是说，第一补偿参数Kp1 174是监测到的电压Vnew与目标电压Vavg的相对偏移。
控制系统140还被配置成监测线圈120中的电流Icoil，并控制逆变器130调整逆变器输出以减少监测到的电流Icoil的最新值Inew 180与目标电流Iset 184之间的偏移。目标电流Iset 184由从功率接收装置600接收到的信号182确定，呈通过带内ASK通信方法接收到的控制错误包(CEP)的形式。信号182可包括用于调整从线圈120无线地发射到功率接收装置600的功率的功率增大或功率减小命令。控制系统140还接收用于监测线圈120中的电流Icoil的信号160。在特殊定时窗口处以第二采样频率1/T2检测线圈电流Icoil 160，以获得线圈电流振幅Icoil的最新值Inew 180。将Inew 180和Iset 184两者发送到包括PI控制器(比例积分控制器)的线圈电流控制器186，所述PI控制器产生补偿参数Kp2188。由于线圈电流Icoil和线圈电压Vcoil具有相似的波形，所以可以替代地监测线圈电压而不是线圈电流。
然后将两个参数Kp1 178和Kp2 188输入到工作/相位/频率控制器190以将控制信号输出到逆变器130。可通过调整逆变器130的例如相位、工作循环、频率等一个或多个控制参数来控制逆变器130。一个或多个控制参数的相对变化可与监测到的电压与目标电压的相对偏移成比例。
以工作循环为例，控制逻辑190可根据下式调整工作循环：
Duty_new＝(1-Kp1)*Kp2*Duty_old，
其中Duty_old和Duty_new分别是调整之前和之后的工作循环。
对于调整相移或者频率，可以获得对应的表达式。可替换的是，控制系统140可通过调整逆变器130的相移或频率来控制逆变器130。举例来说，通过增加逆变器130的工作或相位或者降低操作频率，无线充电发射器100可以向功率接收装置600提供增大的功率以补偿输入电压Vin的降低。
由控制系统140实施的控制回路142进而使线圈电流Icoil跟踪目标线圈电流Iset。线圈电流控制器186产生Kp2 188的最优值以使最新线圈电流Inew 180跟踪目标值Iset 184。
图7示意性地示出了根据本公开的示例实施例的由无线充电发射器100的控制系统140实施的控制回路142'的另一示例实施例。尽管图6所示的控制回路142对应于‘直接’补偿回路，但图7所示的控制回路142'对应于‘间接’补偿回路。图7示出无线充电发射器系统的以下元件：由无线充电发射器100从电源500接收到的电压Vin、逆变器130、线圈120、由控制系统140实施的控制回路142，以及从无线充电发射器100无线地接收功率的功率接收装置600。
控制系统140被配置成监测输入端112、114处从电压源500接收到的电压Vin，并且基于监测到的电压与目标电压之间的偏移而控制逆变器130调整逆变器输出电压，以至少部分地补偿监测到的电压与目标电压之间的偏移。在此示例实施例中，目标电压是监测到的电压的平均值。
控制系统140接收用于对无线充电发射器100从电源500接收到的电压Vin进行采样的信号150。以第一采样频率1/T1对电压Vin进行采样，以获得Vin的最新值Vnew 170。在第一采样频率1/T1的N1个循环内使用移动滤波器172或移动窗口来确定输入电压Vin的平均值Vavg174。移动滤波器172可由软件算法或由例如外部RC电路等硬件实施。N1被选择为提供足够平滑以用作参考的值Vavg。然后将值Vnew 170和Vavg 174进行比较以获得偏移176，例如Vnew-Vavg。
控制系统140还被配置成监测线圈120中的电流Icoil，并控制逆变器130调整逆变器输出以减少监测到的电流Icoil的最新值Inew 180与目标线圈电流Iset'184'之间的偏移。图7的控制回路142'与图6的控制回路142的不同之处在于通过将Vin的最新值Vnew 170与目标电压Vavg 174进行比较而获得的偏移176被用于调整目标线圈电流Iset'184'。初始地，目标线圈电流Iset'184'由从功率接收装置600接收到的信号182确定，呈通过带内ASK通信方法接收到的控制错误包(CEP)的形式。信号182可包括用于调整从线圈120无线地发射到功率接收装置600的功率的功率增大或功率减小命令。然后，例如通过调整目标线圈电流Iset'184'达与相对电压偏移176成比例的量，基于相对电压偏移176而调整此目标线圈电流Iset'184'。控制系统140还接收用于监测线圈120中的电流Icoil的信号160。在特殊定时窗口处以第二采样频率1/T2检测线圈电流Icoil 160，以获得线圈电流振幅Icoil的最新值Inew 180。将Inew 180和Iset'184'两者发送到包括PI控制器(比例积分控制器)的线圈电流控制器186，所述PI控制器产生补偿参数Kp2'188'。由于线圈电流Icoil和线圈电压Vcoil具有相似的波形，所以可以替代地监测线圈电压而不是线圈电流。
然后将补偿参数Kp2'188'输入到工作/相位/频率控制器190'以将控制信号输出到逆变器130。可通过调整逆变器130的例如相位、工作循环、频率等一个或多个控制参数来控制逆变器130。一个或多个控制参数的相对变化可与监测到的电压与目标电压的相对偏移成比例。以工作循环为例，控制器190'可根据下式调整工作循环：
Duty_new＝Kp2*Duty_old，
其中Duty_old和Duty_new分别是调整之前和之后的工作循环。可替换的是，控制系统140可通过调整逆变器130的相移或频率来控制逆变器130。举例来说，通过增加逆变器130的工作或相位或者降低操作频率，无线充电发射器100可以向功率接收装置600提供增大的功率以补偿输入电压Vin的降低。
图7所示的控制回路142'进而使线圈电流Icoil跟踪目标线圈电流Iset'184'。线圈电流控制器186产生Kp2'188'的最优值以使最新线圈电流Inew 180跟踪目标值Iset'184'。
采样时段T1和T2可具有固定值，例如分别为20μs和500μs。然而，控制系统140、140'可以被配置成自动检测输入电压Vin上的纹波的频率，并相应地选择T1和T2。举例来说，控制系统140、140'可包括MCU，并且可针对MCU提供硬件比较器和过零点(zerocrossing point)以检测纹波频率。然后，可基于纹波频率而选择T1、T2和/或N1的值。通常，补偿频率1/T1应为输入AC纹波频率的至少10倍。举例来说，对于2kHz的输入纹波频率，补偿频率1/T1可为20kHz或更高。如果补偿频率1/T1为20kHz，那么N1将需要为至少10，以覆盖纹波的全周期，以便获得平均值的平滑值。线圈电流的控制频率1/T2可初始地设置为1kHz。如果使用图6中所示的直接补偿回路，那么T2可保持恒定值。然而，当使用图7所示的间接补偿回路时，一个策略是将控制频率1/T2增大到AC纹波频率的10倍。
因此，控制系统140、140'用于减少对从电源500接收到的电压Vin上的AC纹波的线圈电流/电压的影响，进而提高系统的稳定性。在没有控制系统140、140'的情况下，输入电压Vin上的纹波会使线圈电流/电压波动。通过调整逆变器130的一个或多个其它参数(工作循环、相位、频率)，有可能补偿输入电压Vin上的纹波以使线圈电流/电压保持稳定。因此，由控制系统140、140'实施的控制回路具有补偿输入电压中的任何波动或纹波的效果，使得此纹波对线圈电流/电压的影响减小。这又降低了ASK解调由于输入电压上的纹波而引起错误或失败的可能性，进而提高无线充电发射器充电的稳定性。
由控制系统140实施的控制回路142、142'可能并不是一直处于工作中。举例来说，在一些实施例中，控制回路142、142'可仅在纹波振幅高于预定阈值时工作。
图8示出了无线充电发射器100的示例控制时序。无线充电系统中存在两种类型的密钥通信包：用于功率控制的控制错误包(CEP)和用于外物检测(FOD)的接收功率包(RPP)。标记为ASK(CEP)和ASK(RPP)的时间段指示无线充电发射器100通过ASK方法从功率接收装置600接收这些相应的包的时间。在已经接收到CEP之后，控制系统140进入阶段1(P1)，在此期间实施常规的无线充电功率控制过程。控制回路140、140'将在此时间期间运行。阶段1(P1)后面是阶段2(P2)，所述阶段2是静默时间段，在此期间功率接收装置600不发射ASK通信信号。然后，控制系统140进入阶段4(P4)，在此期间暂停控制回路以确保获得准确的功率样本数据以进行外物检测(FOD)。阶段4(P4)后面是阶段3(P3)，所述阶段3是功率接收装置600通过ASK通信方法发射接收功率包(RPP)的时间段。当接收到ASK信号时，线圈电流/电压不仅受耦合到输入电压的任何AC纹波影响，而且还受由功率接收装置500产生的调制信号影响。因此，在图6所示的“直接补偿”回路中，在此时间期间只有Vin补偿回路是可操作的。假设充电系统的加载、位置和其它条件将在阶段3(P3)时段期间保持恒定，且在阶段1(P1)时段期间获得Kp2的最优值，使得可在整个阶段3(P3)时段内使用最近产生的Kp2值。一旦已经接收到下一RPP，控制系统140就再次进入阶段2(P2)。当功率接收装置600发射下一控制错误包(CEP)时，控制系统140进入阶段3(P3)。对于图6所示的直接补偿模式，产生补偿参数Kp1的电压补偿回路在阶段1(P1)、2(P2)和3(P3)期间工作，而线圈电流控制回路(产生补偿参数Kp2)仅在阶段1(P1)期间工作。对于图7所示的间接补偿模式，线圈电流控制回路(产生补偿参数Kp2'且包括基于电压偏移176对目标线圈电流184'的调整)在阶段1(P1)、2(P2)和3(P3)期间工作。以此方式，控制系统响应于变化的条件而提供良好的动态性能。
通常，以200ms的间隔接收数据包/CEP。ASK包自身花费约20ms。因此，阶段3(P3)通常持续大约30ms。在紧接在ASK(RPP)之前的时序部分中，阶段1(P1)通常持续大约10ms，阶段2(P2)通常持续大约155ms，并且阶段4(P4)通常持续大约5ms。在紧接在ASK(CEP)之前的时序部分中，阶段2(P2)通常持续大约170ms。
图9示出了根据本公开的示例实施例的包括无线充电发射器100的系统1000。系统1000包括各自连接到呈电池形式的DC电源500的电压总线的第一无线充电发射器100、第二无线充电发射器100和另一装置700，例如开关模式电源或包括DC/DC转换器的装置。
电池电压可能受连接到电池500的各种装置的工作状态(功耗、操作频率等等)影响，使得可能在电池电压上产生AC纹波或其它瞬时扰动，并且所述AC纹波或其它瞬时扰动进而耦合到第一无线充电发射器100的线圈电流/电压。然而，上文所描述的无线充电发射器100的控制系统140、140'补偿输入电压中的波动或纹波，以减少或消除扰动到线圈电流上的耦合。另外，第一无线充电发射器100的二极管装置180、180'减少或消除ASK信号从第一无线充电发射器100到DC电压总线并因此到第二无线充电发射器100的线圈电流/电压的耦合，且反之亦然。以此方式，在无线充电发射器100处出现ASK通信错误的可能性得以降低。
上文所描述的例子的二极管装置还可独立于由控制系统实施的控制回路而用于其它实施例中。
虽然上文已经描述本公开的特定示例实施例，但是应了解，可在所附权利要求书的范围内进行包括添加和/或替代的许多修改。

Claims (10)

1.一种无线充电发射器，其特征在于，包括：
第一输入端和第二输入端，其用于从电源接收输入电压；
线圈；
逆变器，其具有分别耦合到所述第一输入端和所述第二输入端的第一逆变器输入端和第二逆变器输入端以及用于将输出电压提供到所述线圈的第一逆变器输出端和第二逆变器输出端；以及
控制系统，其被配置成：
监测所述第一输入端与所述第二输入端之间的电压，并且
基于监测到的电压与目标电压之间的偏移，控制所述逆变器调整所述输出电压，以至少部分地补偿所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移。
2.根据权利要求1所述的无线充电发射器，其特征在于，所述控制系统被配置成通过调整所述逆变器的工作循环、相移或频率中的一个达一定的量来控制所述逆变器，所述量由所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移确定。
3.根据在前的任一项权利要求所述的无线充电发射器，其特征在于，所述控制系统被配置成确定所述监测到的电压上的纹波的频率，并以大于所述纹波的所述频率的采样频率监测所述第一输入端与所述第二输入端之间的所述电压。
4.根据在前的任一项权利要求所述的无线充电发射器，其特征在于，所述控制系统另外被配置成：
监测所述线圈中的电流，并且
控制所述逆变器调整所述输出电压以减少监测到的电流与目标电流之间的偏移。
5.根据权利要求4所述的无线充电发射器，其特征在于，基于所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移而调整所述目标电流以至少部分地补偿所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移。
6.根据在前的任一项权利要求所述的无线充电发射器，其特征在于，
其中所述无线充电发射器被配置成从装置接收功率控制信号，所述装置从所述无线充电发射器无线地接收功率，其中所述控制系统被配置成在接收到每个所述功率控制信号之后，控制所述逆变器调整逆变器输出电压以至少部分地补偿所述监测到的电压与所述目标电压之间的所述偏移，和/或减少所述监测到的电流与所述目标电流之间的偏移。
7.根据在前的任一项权利要求所述的无线充电发射器，其特征在于，另外包括：
二极管装置，其耦合在所述第一输入端和所述第二输入端中的一个输入端与所述第一逆变器输入端和所述第二逆变器输入端中的对应一个逆变器输入端之间。
8.一种系统，其特征在于，包括：
根据在前的任一项权利要求所述的第一无线充电发射器，
根据在前的任一项权利要求所述的第二无线充电发射器，
其中所述第一无线充电发射器和所述第二无线充电发射器被布置成从同一电源接收功率。
9.一种无线充电发射器，其特征在于，包括：
第一输入端和第二输入端，其用于从电源接收输入电压；
线圈；
逆变器，其具有分别耦合到所述第一输入端和所述第二输入端的第一逆变器输入端和第二逆变器输入端以及用于将输出电压提供到所述线圈的第一逆变器输出端和第二逆变器输出端；以及
二极管装置，其耦合在所述第一输入端和所述第二输入端中的一个输入端与所述第一逆变器输入端和所述第二逆变器输入端中的对应一个逆变器输入端之间。
10.一种用于控制无线充电发射器的方法，其特征在于，所述无线充电发射器包括用于从电源接收输入电压的第一输入端和第二输入端、线圈、耦合到所述输入端并且被配置成将输出电压提供到所述线圈的逆变器，所述方法包括：
监测所述输入电压，以及
基于监测到的电压与目标电压之间的偏移，控制所述逆变器调整所述输出电压，以至少部分地补偿所述偏移。
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