CN117897883A - 用于感应式电力传输的无线电力传输设备和用于操作该电力传输设备以支持零电压切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作无线电力传输设备(11)中的逆变器电路(23)的方法，其中，逆变器电路(23)包括具有两个开关单元(35H、35L、36H、36L)的至少一个半桥(29A、29B)，每个开关单元具有寄生电容(65)。在相应的半桥(29A、29B)中，第一开关单元(35H、36H)将直流源(31)的正电势(V+)链接到半桥节点(A、B)，并且第二开关单元(35L、36L)将半桥节点(A、B)链接到直流源(31)的负电势(V‑)。用于无线电力传输的谐振电路(21)作为负载(22)连接到相应的半桥节点(A、B)，其中谐振电路(21)包括传输线圈(27)和至少一个电容元件(27')。附加的支持电路(37)与负载(22)并联连接，其中支持电路(37)包括至少一个能量存储元件(40)，该能量存储元件在逆变器电路(23)的开关周期的相应半周期(42)期间通过充电电流(50A)被充以电能，并且在半周期(42)之间的相应瞬态阶段(43)中，支持电路(37)使用来自其至少一个能量存储元件(40)的存储能量来驱动支持电流(SOB)，其中支持电流(SOB)添加到逆变器电路(23)中的负载电流(26)并且由此支持零伏切换ZVS。

Description

用于感应式电力传输的无线电力传输设备和用于操作该电力 传输设备以支持零电压切换的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作无线电力传输设备中的逆变器电路的方法。逆变器电路包括至少一个具有两个开关单元的半桥，每个开关单元具有寄生电容，需要考虑该寄生电容以实现所谓的零伏切换或零电压切换ZVS。本发明还涉及一种无线电力传输设备，其被设计为根据本发明的方法来操作。

背景技术

无线感应式电力传输系统具有优于电缆连接系统的巨大优势。由于技术进步，这种用于移动电池的无线充电系统获得了越来越多的关注。例如，用于移动机器人或叉车或地面输送机或电动车辆的移动电池的充电站可以使用这样的感应式电力传输系统充电，而不需要连接充电电缆。

通常，感应式电力传输系统由固定侧和移动侧组成。在本说明书中，固定侧也被称为“无线电力传输设备”和“初级侧”。固定侧具有开关模式电子逆变器电路，以及-作为负载连接到该逆变器电路的-由至少一个电容器和传输线圈(发送线圈)组成的谐振电路。在移动侧，在接收线圈和相应的谐振电路中感应电压和电流。此外，在移动侧，无源或有源整流器直接向电池或移动能量系统馈电，该移动能量系统包括若干负载(例如DC/DC转换器)和能量存储装置(例如电池、超级电容器、超大电容器)。

从逆变器电路通向传输线圈系统的电缆以功率传输频率切换，承载显著的电压和功率。在初级侧，在逆变器电路中需要负载电流的谐振换流，以便减少开关损耗和EMI(电磁干扰)。为了保持EMI和低损耗，使用谐振功率传输。然而，一些关键谐振部件随着线圈对准(发送和接收线圈)、线圈的间隔、输出电压和电流而变化。将工作功率传输频率保持在小范围内变得非常困难。已经发现，当功率传输频率与谐振装置的谐振频率不匹配时，无法操作包括初级侧和次级侧的谐振装置可能导致逆变器电路中的发热增加，并且还导致EMI增加。

文献EP3599700B1公开了一种可以应用本发明的无线电力传输系统。

文献EP3451493A1和RU2553660C2各自公开了通过提供附加的支持电路来提供零伏切换能力的逆变器电路。

发明内容

本发明的目的是减少初级侧无线感应式电力传输设备中的功率损耗和EMI。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在以下描述、从属权利要求和附图中详细说明了本发明的便利的和非平凡的进一步实施例的有利发展。

根据第一方面，本发明提供了一种用于操作无线电力传输设备中的逆变器电路的方法。该方法基于无线感应式电力传输设备的以下已知设计，即无线电力传输系统的固定或初级侧。逆变器电路包括至少一个半桥，每个半桥具有两个开关单元，每个开关单元具有寄生电容并且每个开关单元包括续流元件/自由轮转元件(freewheeling element)。每个开关单元可以包括至少一个开关元件，特别地，这种开关元件可以以晶体管或晶闸管的形式提供。在几个这样的开关元件的情况下，这些开关元件中的一些或全部可以并联连接(以便承载更多电流)。这些开关元件中的一些或全部可以串联连接(用于切换更高的电压)。在相应的半桥中，第一开关单元将直流电源(直流-直流)的正端或正电势连接到半桥的半桥节点或半桥的输出节点。第二开关单元将该半桥节点链接到直流源的负端子或负电势。换句话说，在每个半桥中，开关单元串联连接，并且它们互连直流源的正电势和负电势。这种直流源可以是例如具有DC链路电容器的DC链路和/或整流器的输出。半桥内部的两个开关单元之间的电连接点是该半桥的输出节点或半桥节点。

在该半桥节点上连接作为负载的用于无线电力传输的谐振电路。该谐振电路包括一个或多个传输线圈(发送线圈)和至少一个电容元件，如从现有技术中已知的。一个半桥节点可以电连接到谐振电路的相应电触点或连接器。如果仅提供一个半桥，则谐振电路的第二电触点或连接器可以连接到中性电势(用于完成电路)。如果提供两个半桥，则谐振电路的第二电触点或连接器可以连接到第二半桥的半桥节点，使得两个半桥可以作为全H桥操作。通过至少一个半桥，可以在谐振电路中引起AC电流。为此，负载在相应半桥节点处从逆变器电路接收的电压被重复地从第一电压值切换到第二电压值以及切换回第一电压值。

为了在每个半桥的半桥节点处提供这种切换电压，以功率传输频率重复地执行开关周期，其中开关周期包括：在每个半桥中，通过将对应的开关单元设置为导通状态同时将相应的另一个开关单元保持在关断状态，控制电路交替地在一个半周期中将半桥节点连接到正电势并且然后在另一个半周期中将半桥节点连接到负电势。在导通状态下，相应的开关单元具有其最小电阻(开关单元“闭合”)，因此半桥节点电连接到直流源的相应电势(正电势或负电势)。当另一个开关单元处于关断状态时，它阻断任何电流，使得不发生短路(开关单元“关断”)。开关周期可以包括正半周期(连接到正电势)和负半周期(连接到负电势)。单个开关周期的持续时间是功率传输频率的倒数。如果使用两个半桥，则它们的半周期相移180°，如从现有技术中已知的用于操作H桥的那样。

对于半周期之间的交替，执行瞬态阶段。“瞬时阶段”的同义词是“死区时间阶段”和“换流阶段”或“转移阶段”。在当前导通的开关单元的“关断”(从导通状态切换到关断状态)和当前阻断的开关单元的“闭合”(从关断状态切换到导通状态)之间需要一个死区时间。这防止了如果同时切换相应半桥中的两个开关单元则可能发生的任何短路。因此，瞬态阶段包括将当前处于接通状态并且向负载提供电负载电流的开关单元设置成关断状态。现在，两个开关单元都处于关断状态(所有开关元件、例如晶体管都是非导通的)，这将把负载电流换流到另一个开关单元(对于正在结束的半周期已处于关断状态的那个开关单元)的自由轮元件。注意，经换流的负载电流不再由直流源驱动，而是由负载的谐振电路驱动。

本发明基于这样的认识：在瞬态阶段结束时，需要经换流的负载电流来实现零电压切换，因为开关单元的寄生电容通过经换流的负载电流进行充电和/或放电，从而使半桥节点的电势从其在上一个半周期所连接的相应电流电势(直流源的正电势或负电势)转移到其在接下来的半周期中将连接的相应另一电势。这描述了两种情况：如果在当前半周期中(在瞬态阶段之前)，半桥节点已经连接到直流源的正电势，那么在瞬态阶段中，半桥节点将从正电势关断，并且由于寄生电容充电状态的改变，半桥节点的电势向负电势偏移。同样地，如果在当前半周期中，半桥节点已经连接到直流源的负电势，那么半桥节点的电势将向正电势偏移。

理想地，在瞬态阶段结束时，半桥节点的电势应尽可能接近直流源的相应另一电势，因为瞬态阶段是通过另一开关单元切换到导通状态来完成的，这在理想情况下应该是零电压切换(ZVS)，即电压的绝对值应为零，或者最多为至少一个自由轮元件的正向电压。例如，在瞬态阶段结束时，即将切换到导通状态的开关单元两端的电压绝对值应小于3伏，更优选地小于2伏。通常，在瞬态阶段结束时，半桥节点与将在之后连接的直流源电势之间的电势差或电压的绝对值应被最小化。

为了确保在每个瞬态阶段结束时半桥节点的这种电状态，一个附加的支持电路与负载并联连接，其中支持电路包括至少一个能量存储元件，该元件在相应的半周期期间通过充电电流被充电，并且在相应的瞬态阶段中，支持电路利用其至少一个能量存储元件的存储能量来驱动支持电流。这种支持电流与逆变器电路中的经换流的负载电流相加，并且已经发现这种支持电流有助于开关单元寄生电容的充电和/或放电，从而有助于半桥节点电势的转移。

本发明具有的优点在于，即使在谐振电路或谐振装置(包括初级侧的谐振电路和移动侧的接收谐振电路)没有足够的能量来完全改变半桥节点的电势以实现零电压切换的情况下，支持电路提供了缺失或额外的能量(用于充电和/或放电寄生电容)，使得在瞬态阶段驱动支持电流时，用于充电和/或放电寄生电容的电能是可用的。因此，即使谐振电路或谐振装置的整体谐振频率与功率传输频率失调或不同，通过提供额外的支持电路，仍然可以实现零电压切换。这样，在各个瞬态阶段结束时，开关单元可以在最小或降低的绝对电势差或跨开关单元的最小电压下切换。这降低了逆变器电路中的损耗和/或EMI。

需要注意的是，通过开关电路的电流在每个半周期中充当充电电流，而在瞬态阶段期间充当支持电流。通常，从逆变器电路的角度来看，通过支持电路的电流被称为附加电流，因为它叠加在负载电流上。

本发明还包括提供额外技术优势的特征实施例。

在一个实施例中，提供了两个半桥，每个半桥具有相应的输出节点或半桥节点。这两个半桥作为H桥运行，以在它们的两个半桥节点之间提供切换电压，其中负载和支持电路连接到这两个半桥节点。这两个半桥可以反向操作，即相位差为180°。因此，在半周期期间，一个半桥节点连接到正电势，另一个半桥节点连接到负电势。这增加了在两个半桥节点之间提供的用于驱动谐振电路中的负载电流的电压的绝对值。每个半桥节点可以连接到负载的一个相应连接器和支持电路的一个相应连接器。

一个实施例包括：通过支持电路的直流电流被支持电路的至少一个直流阻断电容器阻断。至少一个去直流阻断电容器可以与至少一个能量存储元件串联。因此，支持电路中的充电电流可以利用能量为相应的能量存储元件充电或加载，同时通过支持电路的充电电流的直流分量被至少一个直流阻断电容器阻断。这确保了支持电路不会引起或产生在半桥节点之间流动的电流的共模分量的直流短路。一个合适的直流阻断电容器的容量可以在50nF至400nF的范围内。

一个实施例包括：通过支持电路的电流的基本分量(即附加电流)相对于负载电流异相。通过选择具有这种谐振特性的支持电路，可以关于谐振电路或负载的谐振特性来调谐支持电路，使得可以消除基波分量。这允许不仅抑制直流分量而且抑制基波分量。可以基于LC电路(L电感器、C电容器)来实现支持电路的适当谐振特性。

一个实施例包括：负载电流的高频信号分量——该高频信号分量具有至少两倍于功率传输频率的频率——通过支持电路的至少一个Y电容器被引向地电势。这通过相对于地电势为高频信号分量提供低阻抗而进一步降低了电磁干扰(EMI)。为了选择正确的Y电容器，可以基于逆变器电路和/或控制电路的设计来确定功率传输频率的可能值，然后可以基于从现有技术已知的容抗公式和/或高通滤波器的RC电路阻值计算公式来选择相应Y电容器的适当值。优选地，至少一个Y电容器提供高通滤波器，该高通滤波器的截止频率在功率传输频率的1.5倍到3倍或5倍的范围内。Y电容器的值可以在47pF到10nF范围内，例如为4.7nF。

一个实施例包括：功率传输频率在20kHz到150kHz的范围内。根据第二方面，本发明提供了已经提到的用于感应式电力传输的无线电力传输设备。如已经解释的，无线电力传输设备可以用作无线电力传输系统的固定或初级侧，该无线电力传输系统另外可以包括接收侧或移动侧。如从现有技术中已知的，这里可以使用包括接收线圈的接收谐振电路。

电力传输设备包括以下部件。一个部件是谐振电路，用于(通过生成时变磁场)向接收线圈发送能量。谐振电路包括一个或多个传输线圈和至少一个电容元件。谐振电路可以被设计为例如在初级侧和次级侧的绕组中间具有至少一个集成电容器的线圈。

电力传输设备还包括以下部件：具有至少一个半桥节点的逆变器电路，谐振电路连接到该半桥节点以用于接收切换电压和负载电流(用于生成时变磁场)。该逆变器电路包括至少一个半桥，该半桥具有两个开关单元，每个开关单元都包含一个续流元件，其中，第一开关单元将直流源的正电势链接到一个半桥节点，而第二开关单元将同一半桥节点链接到直流源的负电势。优选地，逆变器电路包括由两个半桥组成的H桥，从而产生两个半桥节点。这里需要注意的是，“链接”一词意味着相应的开关单元作为半桥节点与直流电源相应电端子或电势之间的连接元件，这可以是通过焊接或其他方式实现的。仅当相应的开关单元处于导通状态时，或者当电流流过续流元件时，在半桥节点和相应的电势之间才存在电连接。当开关单元处于关断状态并且没有续流电流流动时，至少一个开关元件(例如至少一个晶体管)会阻断电流通过开关单元，因此不提供电连接。

另一个部件是用于控制至少一个半桥的开关单元(用于产生切换电压)的控制电路。该控制电路被设计成以功率传输频率重复地执行开关周期，其中每个开关周期包括两个半周期，这两个半周期由各自的瞬态阶段(死区阶段或换流阶段)分隔开，在这些阶段中，两个开关单元都被设置成关断状态并且逆变器电路内部的电流换流到至少一个续流元件/自由轮元件。控制电路可以基于例如至少一个微处理器和/或至少一个微控制器和/或至少一个ASIC(专用集成电路)和/或逻辑模块电路和/或模拟多谐振荡器电路。需要注意的是，每个半周期并不恰好对应于完整开关周期持续时间的一半，因为每个开关周期还包括两个瞬态阶段的持续时间。由于每个半周期的持续时间至少是瞬态阶段持续时间的5倍(优选至少10倍)，瞬态阶段的持续时间在此被忽略，因此选择了术语“半周期”。"半周期"的另一种说法可能是“导通周期”，因为在这些阶段中开关单元处于导通状态。

每个开关周期包括一连串的瞬态阶段、正半周期、另一个瞬态阶段和负半周期。功率传输频率值的选择可以根据已知的程序进行调整，该程序可以应用于将功率传输频率与电力传输传输系统中固定初级侧和移动次级侧的所述谐振装置的当前谐振频率相匹配。

另一个部件是与谐振电路并联地连接到至少一个半桥节点的支持电路。该支持电路包括至少一个能量存储元件，该元件被设计为在相应的半周期期间接收电能并存储所接收的能量，并且在相应的下一瞬态阶段期间使用所存储的能量来驱动支持电流，其中该支持电流添加到逆变器电路中的负载电流，从而有助于对开关单元的寄生电容进行充电和/或放电，并且由此支持在正电势与负电势之间变换至少一个半桥节点的电势。因此，如果一个H桥提供了两个半桥节点，那么这两个半桥节点会单独或分别地连接到负载和支持电路，也就是说负载和支持电路彼此并联连接。这确保了支持电路对负载的谐振特性没有影响。

一个实施例包括：支持电路的能量存储元件包括一个或多个电感器。所述一个或多个电感器连接了两个半桥的半桥节点。在每个半周期中，所述一个或多个电感器从逆变器电路接收充电电流，并因此被充电。在瞬态阶段中，所述一个或多个电感器使用所存储的能量来提供支持电流。然后，该支持电流为半桥节点处的电容充电和/或放电提供能量。支持电流的方向与紧接其前的充电电流的方向是相同的。所述一个或多个电感器的尺寸优选地在100mH到500mH的范围内。

一个实施例包括：支持电路的电感器包括串联连接在逆变器电路的半桥节点之间的两个绕组，并且这两个绕组之间的电连接包括至少一个电气和/或电子元件。在一个实施例中，各绕组具有相同数量的匝数，或者其中一个绕组的匝数最多比另一绕组的匝数少10％。这允许在两个开关单元的半桥节点方面实现开关电路的对称布置或对称设计。由于切换电压也是对称的，这提供了一个好处，即在一个完整开关周期的两个半周期中，支持电路具有相同的电气特性。在两个绕组之间可以添加或提供任何额外的电子元件和/或电子元件。

一个实施例包括：两个绕组之间的电连接通过至少一个包含相应Y电容器的电路支路连接到地电势。可以在单个支路上提供一个单独的Y电容器，该支路可以将两个绕组之间的一个连接节点或抽头连接到地电势。或者，可以提供两个带有各自Y电容器的电路支路，用于将两个绕组之间的两个节点或抽头连接到地电势，在这两个抽头之间还可以提供额外的电气或电子元件。例如，在两个绕组之间可以设置直流阻断电容器和两个Y电容器的排列。这样产生的支持电路也可以将所述的高频信号成分短路到地电势。

一个实施例包括：支持电路在每个半桥节点到地电势的最终电连接方面具有相同或对称的设计。这种对称设计可以包括一个带有其Y电容器的单个电路支路(不提供直流阻断电容器)。或者，这种对称设计可以包括一个直流阻断电容器和两个电路支路。或者，这种对称设计包括一个电路支路和两个直流阻断电容器。通过这些组合，可以实现直流阻断和/或高频信号成分的降低，同时支持电路在正半周期和负半周期中表现出相同的电特性。

一个实施例包括：相应的电路支路包括用于限制接地电流的电阻器。这可以防止在高频信号分量增多的情况下产生过多的热量，因为电阻器有助于抑制振荡。

一个实施例包括：两个绕组被布置在独立的铁磁芯上。

一个实施例包括：两个绕组被布置在同一个铁磁芯上，并且绕组之间进行串联电连接。这两个绕组充当变压器。关于半桥节点，两个绕组的电感相加以提供能量存储元件。另一方面，从两个绕组之间的抽头可以连接到的地电势的角度来看，两个绕组的电感相减，这样它们就不会阻止高频信号分量的滤波。

一个实施例包括：谐振电路通过屏蔽电缆连接到逆变器电路和支持电路，并且电缆的电气屏蔽在接地连接点处连接到地电势，该接地连接点被布置在距支持电路的接地连接点小于或少于50cm的距离处。换句话说，屏蔽结构的接地连接点非常靠近Y电容器，用于短切断或短路高频信号分量。这种设计已经证明对于可能由存在于屏蔽结构和电缆本身之间的寄生电容引起的高频信号分量的短路是有益的。

一个实施例包括：支持电路与地电势电分离，并且包括仅至少一个电感器，或者包括至少一个电感器和至少一个用于阻断通过支持电路的直流电流的直流阻断电容器。这种布置可以用作H桥的两个半桥节点在没有额外连接到地电势的情况下连接的替代方案。所使用的电感器可以具有单个绕组。所得到的支持电路可以被设计为并联连接到负载的LC链路，而没有到地电势的额外连接。

在一个实施例中，每个开关单元包括至少一个晶体管和/或至少一个晶闸管，和/或相应的续流元件包括至少一个二极管，特别是体二极管。如前面已经描述的，至少一个晶体管和/或至少一个晶闸管充当相应的开关元件。作为晶体管，优选使用MOS功率晶体管(MOS-金属氧化物-半导体)技术或MOSFET(金属氧化物-半导体场效应晶体管)和/或IGBT(绝缘栅双极晶体管)。两个H桥可以以所谓的功率模块、功率半导体模块或功率电子模块的形式提供，如现有技术中所提供的。本发明增强或支持这种H桥作为可以以所述形式添加的附加电路。续流元件可能已经作为开关元件的组成部分，以所描述的体二极管的形式存在。如果需要额外的续流元件，则可以提供一个或多个额外的二极管。

本发明还包含与本发明车辆的实施例中已经描述的特征相对应的特征的电力传输设备的实施例。同样，本发明也包含与本发明电力传输设备的实施例中已经描述的特征相对应的特征的方法的实施例。因此，此处不再重复描述本发明方法实施例的相应特征。本发明还包括不同实施例特征的组合。

附图说明

下面描述本发明的示例性实施例。图示如下：

图1是具有作为初级侧的无线电力传输设备的实施例的无线电力传输系统的示意图；

图2是具有支持电路的无线电力传输设备的实施例的示意图，该支持电路包括作为能量存储元件的电感器；

图3是示出了图2的无线电力传输设备的电量的示意图；

图4是在半周期期间和在瞬态阶段期间图2的无线电力传输设备的实施例的示意图；

图5是可以在无线电力传输设备的实施例中提供的半桥的示意图；

图6是具有使用具有LC元件的支持电路的无线电力传输设备的实施例的无线电力传输系统的示意图；

图7是具有无线电力传输设备的实施例的无线电力传输系统的示意图，该无线电力传输设备使用具有对称设计的支持电路和连接到地电势的两个电路支路；

图8是图7的支持电路的示意图；

图9是使用具有对称设计的支持电路和连接到地电势的单个电路支路的无线电力传输设备的实施例的逆变器电路和支持电路的示意图；

图10是使用屏蔽电缆和图8的支持电路的无线电力传输设备的实施例的示意图；以及

图11是使用屏蔽电缆和图9的支持电路的无线电力传输设备的实施例的示意图。

具体实施方式

以下说明的实施例是本发明的优选实施例。然而，在该实施例中，所描述的实施例的部件各自代表本发明的单独特征，这些单独特征被认为是彼此独立的，并且各自也彼此独立地发展本发明，并且因此也被认为是以单独的方式或以不同于所示组合的方式作为本发明的部件。此外，所描述的实施例还可以通过已经描述的本发明的其他特征来补充。

在附图中，相同的附图标记表示提供相同功能的元件。

图1示出了无线电力传输系统10，其可以在固定侧或初级侧上包括无线电力传输设备11，并且在次级侧或移动侧上包括无线电力接收系统12，无线电力接收系统12可以集成在移动机器人或移动车辆13中，该系统可以包括电能存储装置14，例如至少一个电池模块。借助于无线电力接收系统12，可以从无线电力传输设备11无线地接收能量，并且可以将所接收的能量存储在能量存储装置14中，从而对能量存储装置进行再充电。所存储的能量例如可以用于驱动车辆13的电驱动系统，如从现有技术中已知的。能量或电力的传输可以基于时变磁场15，该时变磁场可以由无线电力传输设备11产生并且可以被无线电力接收系统12接收。

在无线电力接收系统12中，在谐振电路17的接收线圈16——该谐振电路17还可以包括至少一个电容16'——中可以感应到电压和电流。此外，在移动侧，无源或有源整流器18可以连接到谐振电路17，并且可以直接馈电移动能量系统，该移动能量系统可以包括多个负载(例如DC/DC转换器，未示出)和/或能量存储装置14(例如电池模块、超级电容器、超大电容器)。可以提供DC链路电容器19。还可以提供一个开关20，用于控制进入能量存储装置14的充电电流。

在初级侧，无线电力传输设备11可以包括谐振电路21，该谐振电路21可以作为电负载22连接到逆变器电路23，该逆变器电路可以在谐振电路21的电触点或电连接器25、25'之间产生切换电压24，由于切换电压24，可以在谐振电路21中引起负载电流26，特别地，负载电流26是AC(交流电)。负载电流26可以在谐振电路21的传输线圈27中流动，该传输线圈可以产生时变磁场15，从而在接收线圈16中感应出电压和电流，可以在谐振电路21中提供至少一个电容元件27'以实现谐振特性。谐振电路21可以根据现有技术来设计。

为了产生具有功率传输频率f的切换电压24，逆变器电路23可以由控制电路28操作或控制，该控制电路可以控制可以一起作为H桥30操作的两个半桥29A、29B，在输入侧，逆变器电路23可以连接到直流源31，该直流源可以提供用于连接到逆变器电路23的正端子或正电势32和负端子或负电势33。直流源31可以以已知的方式包括整流器和/或DC链路。每个H桥29A、29B都可以连接到正电势32和负电势33。

在每个半桥29A、29B中，可以设置两个开关单元35H、35L、36H、36L。字母“H”代表“高侧”，字母“L”代表“低侧”，这是已知的。在每个半桥中，开关单元35(即35H、35L)和开关单元36(即36H、36L)分别串联连接在正电势32和负电势33之间。各个半桥的开关单元之间的电连接是输出连接器或半桥节点A、B，连接器25、25'中的相应一个连接到这两个半桥节点A、B。通过控制开关单元35、36，控制电路28交替地将半桥节点A、B连接到正电势32和负电势33。在下文中，术语“半桥节点”被缩写为“节点”，即，半桥节点A被称为“节点A”，半桥节点B被称为“节点B”。

在无线电力传输设备11中，为了支持开关单元35、36的切换以实现零电压切换，提供了支持电路37，该支持电路37在节点A、B之间并联连接到负载22，换句话说，负载22和支持电路37分别独立地连接到节点A、B。

支持电路37可以经由电连接点或连接器K1连接到节点A，并且经由连接点或连接器K2连接到节点B。特别地，节点A和连接器K1之间的连接可以是直接连接，而无需任何额外的电气部件，如电阻器或电容器或电感器。同样，对于节点B和连接器K2之间的连接，可以是直接连接，而不需要提供任何其它电元件，如电阻器或电容器或电感器。因此，电线，例如电缆或电汇流条，也可以提供电连接。同样地，谐振电路21到节点A的连接器25可以被设计成没有任何额外的电气元件，即没有电阻器或电容器或电感器，而是可以基于所述电线，即例如电缆和/或汇流条。同样，电连接器25'可以通过例如电缆或汇流条的电元件直接连接到节点B，尤其是不需要任何额外的电元件，如电阻器或电容器或电感器。相应的连接器K1、K2、25'例如可以是焊接点或插头，或者在简单的情况下分别是电缆或汇流条的一部分或一段。通常，它表示电流分别进入或离开支持电路37(连接器K1、K2)或谐振电路21(连接器25、25')的电连接区域。

直流源31产生的电势32和33之间的电势差或供电电压可以在50伏特到2千伏特的范围内。

图2示出了支持电路37的一个示例，该支持电路基于或包括作为能量存储元件40的电感器，需要注意的是，在图2以及后续的图中，作为能量存储元件40，示出了至少一个电感器。然而，本领域技术人员应当明白，也可以使用电容器和/或其它电气或电子元件来作为能量存储元件。为了得到这种支持电路的适当设计，可以应用公知的电路“等效变换”，并且可以使用利用至少一个电感器作为相应能量存储元件的支持电路作为基础。

图2还示出了流经支持电路37(例如图2的示例中的电感器40)的支持电路电流或附加电流50，负载电流26和附加电流50在逆变器电路中相加，以在节点A和B处产生一个结果电流/总电流51(可以减去可能引向地电势的高频信号分量)。

图3示出了具有能量存储元件40的支持电路37的基本功能。

图3示出了这样的图：其示出了随着时间t的变化，逆变器电路23的几个开关周期41。每个开关周期41的持续时间是由控制电路28施加的功率传输频率f的倒数。每个开关周期41可以包括半周期42，仅出于说明的目的，在此将其命名为T1、T2、T3、T4。在半周期42之间，可能会有一个相应的瞬态阶段43。第一个图表44通过示出相应节点A、B的电势来展示H桥29A、29B的开关状态，在半周期T1中，节点A连接到正电势32，而节点B在180°的相移下连接到负电势33，通过在随后的瞬态阶段43期间改变半桥29A、29B中的开关单元35、36的开关状态，在下一个半周期T2中节点A连接到负电势33，而节点B连接到正电势32。一个完整的开关周期41在半周期T2之后的第二瞬态阶段43结束。然后，对于半周期T3，重复这个模式。

在瞬态阶段43期间，必须实现相应节点A、B的电势从直流源31的相应一个电势32、33到另一个电势32、33的转移S。

图表45示出了结果电流51的最佳波形Ic1。图表45示出了功率传输频率f与包括谐振电路21和谐振电路17的谐振装置的谐振频率相匹配的情况，这可能产生负载电流26的最佳电流波形Ic1(理想谐振切换，其中功率传输频率f被设置为谐振装置的真实谐振频率)。

图表46示出了结果电流51的次优波形Ic2(非理想谐振切换，其中功率传输频率f的值被设置为与谐振装置的真实谐振频率不同，例如f设置得太低)。图表46示出了功率传输频率f与谐振装置的谐振频率不匹配的情况(非理想谐振情况)。这可能导致负载电流26产生次优电流波形Ic2。在瞬态阶段43期间的每个半周期42结束时，谐振电压转换的负载电流26较少。

以下观察结果形成了本公开的基础。在某些运行条件下，电流Ic2具有高的峰值因子，然后在每个半周期的尾部具有很少的能量。在这种情况下，电流不足以完全实现瞬态阶段43期间逆变器电路中的电压的换向/换流/换相(commutate)，这意味着无法保持初级侧的零电压切换，这导致高的EMI和开关损耗。

在开关半周期42结束时，电流的高度可变还意味着换流速度被不良地限定，高电流导致高的dv/dt(电压V相对于时间t的导数)和快速的开关边沿，这会引起线圈系统中的共振。如果电流较低，那么转换最初是缓慢的，然后在硬切换时再次激发线圈共振。逆变器电路的晶体管或其他开关单元的开关速度可以减慢，但是这会导致高开关损耗。

图表47展示了通过支持电路37的总附加电流50的波形。这个附加电流50在半周期42期间为能量存储元件40充电，然后在接下来的瞬态阶段43中，这部分能量可用于驱动支持电流50A。因此，附加电流50(Is)可以被看作具有两个连续或交替的阶段：充电阶段和换流阶段。充电阶段对应于半周期42，此时通过建立充电电流50A在至少一个电感器中存储能量。换流阶段对应于瞬态阶段43，此时至少一个电感器提供支持电流50B。因此，支持电路37在瞬态阶段43期间提供支持电流SOB，这在瞬态阶段43期间添加到负载电流26，确保逆变器电路23中的换流结果电流的强度或绝对值比图表46所示的情况更大，即在次优调谐情况下。在瞬态阶段43期间，结果电流51在这里也被称为换流结果电流5T。对于所展示的示例，使用了电感器L和直流阻断电容器(L＝300mH，C＝100nF)。

图表48展示了结果电流51是负载电流26和支持电流50之和Ic2+Is的情况。该图表48显示了在波形Ic2和Is的情况下结果电流51的合成波形。通过比较图表46和图表48，可以看出在瞬态阶段43期间，逆变器电路23中的结果电流的绝对值比没有来自支持电路37的支持电流时更高。图4说明了这种支持电流50B如何在逆变器电路23中支持零电压切换。

图4示例性地展示了支持电路37中的能量存储元件40的影响，例如，这里可以假设能量存储元件40是一个电感器。图4展示了一个半周期42，例如半周期T1，以及随后的瞬态阶段43。为了解释，图中显示了每个开关单元35、36可能包括由开关符号表示的开关元件60a、60b、60c、60d。这样的开关元件60(代表60a、60b、60c、60d)的一个例子可以是晶体管或晶闸管。

另外，也可以与各开关元件60并联地设置例如作为二极管或体二极管的续流元件/自由轮元件(“Freewheeling element”)61a、61b、61c、61d。图4所示的示例性半周期42包括开关元件60A和60d处于接通状态62，而相应半桥29A、29B的相应相对或其它开关元件60B、60c处于关断状态63。负载电流26和支持电流50通过开关元件60a和60d在逆变器电路23中相加或叠加，形成结果电流51。在接下来的瞬态阶段43，所有开关元件60a、60b、60c、60d都被设置为关断状态63。由于传输线圈27和电感器形式的能量存储元件40继续分别驱动负载电流26和支持电流50，逆变器电路23中的结果电流51从现在处于关断状态63的开关元件60a和现在处于关断状态63的开关元件60d切换到续流元件61b、61c。

图5示出了半桥29A的效果，类似的效果也适用于另一个半桥29B。在图5中示出，以晶体管或晶闸管形式的开关元件60a、60b不仅具有作为续流元件61a、61b的体二极管，而且具有寄生电容65a、65b。在图4和图5所示的情况下，对于半周期42，其中开关元件60A处于导通状态62并且开关元件60B处于关断状态，寄生电容65A被放电，而寄生电容65B被充电。换句话说，电能被存储在寄生电容65b中。这些寄生电容的另一个术语是Coss。Coss也被称为输出电容，它是FET(场效应晶体管)中栅漏电容和漏源电容之和。它影响关断特性和轻负载时的损耗。Coss越大，关断时的dv/dt越低。

在图4和图5的瞬态阶段43中，通过将开关元件60A设置为关断状态62，为了将节点A的电势从正电势32转移到负电势33，需要对寄生电容65b进行放电，并且对寄生电容65A进行充电，因此需要用于对寄生电容65A充电的能量。如图3中的图表46所示，在半周期T1之后的瞬态阶段43中，负载电流26可能不够大。相应地，在谐振电路41中没有足够的能量可用于对半桥29A中的寄生电容65A、65b进行放电或充电。这同样适用于开关单元36H、36L中的相应寄生电容。

在瞬态阶段43期间，由于支持电路37驱动支持电流50B，并因此支持或帮助对开关单元35、36中的寄生电容65a、65B进行充电和/或放电，这使得即使负载电流26可能不够大，利用来自支持电路37的能量存储元件40的能量，支持电流50B也能产生一个换流电流5T，用于对开关单元35、36的寄生电容65a、65B进行充电和/或放电。在至少一个电感器形式的能量存储元件40的情况下，通过电感实现驱动支持电流50B。

对于电感器形式的能量存储元件40，其电感值可以在前面已经描述的范围内，以确保节点A的电势和负电势33(在半周期T1的情况下)之间的差值最小，即，在图4和图5所示的情况下，在理想情况下得到的电压66为用于切换开关单元35L的零电压。需要注意的是，所得到的电压66不会完全设定为0伏，因为至少续流元件的正向电压是仍然存在的。

图6示出了无线电力传输设备11的一个实施例，其中支持电路37包括具有例如一个绕组的电感器70作为能量存储元件40。逆变器电路可以是具有4个开关单元的标准H桥，并且在初级WPT(WPT——无线电力传输)线圈中提供谐振电容器27'，具有容量L的额外电感器70和具有电容C的可选的直流阻断电容器71也可以包括在内。电感器70可以被设计为具有铁磁芯或没有铁磁芯。在支持电路37中，可以提供与能量存储元件40(例如电感器70)串联的直流阻断电容器71，以阻断可能在支持电路37的电连接器25'之间流动的直流电流，否则这种直流电流可能会在半桥29A、29B的节点A和B之间流动。换句话说，在连接器K1、K2之间，能量存储元件40(例如电感器70)串联连接到直流阻断电容器71，二者通过串联的方式连接到两个连接器K1、K2。

图7和图8示出了一个例子，其中支持电路37具有对称设计，与根据图6的支持电路37的非对称设计相反。

根据图7和图8所示的示例，支持电路37可以包括能量存储元件40，该能量存储元件40可以包括具有两个绕组73的电感器72，这两个绕组可以以相同或共同的取向74布置，其在图7中以公知的方式表示为用以指示相应绕组73的开始或结束的点。使用同一个铁磁芯来耦合绕组73提供了这样的优点：即，从两个连接器K1、K2的角度来看，绕组73的电感值增加，而从对称支持电路37可以连接的地电势75的角度来看，绕组73的两个电感值减少或消失。在两个绕组之间，可以提供一个或几个电气部件76。例如，一个绕组可以将连接器K1连接到第一节点或抽头N1，而另一个绕组73可以将连接器K2连接到第二节点或抽头N2。在两个抽头N1、N2之间，可以提供一个或多个电气部件76。这里所示的抽头被定义为是至少三个电流路径的接触点或者是电流分流点。本领域技术人员可以选择物理设计(焊接点、插座)。

在图7和图8的示例中，一个电气部件可以是可连接两个抽头N1、N2的直流阻断电容器71。另外，可以提供两个电路支路77、77'。电路支路77可将抽头N1连接到地电势75，电路支路77'可将抽头N2连接到地电势75。在电路支路77、77'中的每一者中，可提供一个Y电容器78、78'，用于引导无线电力传输设备11中的电流的高频(HF)分量短路到地电势75。换句话说，图7和图8的示例使用具有两个绕组的半桥上的换流电感器以及连接到Y电容器的直流阻断电容器抽头来提供EMI返回路径，从而将高频信号分量连接到地电势。

图9示出了没有直流阻断电容器的开关电路37的设计。图9的开关电路37也具有对称设计。具有两个绕组73、73'的电感器72形式的能量存储元件40可以串联连接在开关电路37的两个连接器K1、K2之间，并且在两个绕组73、73'之间，可以提供单个节点或抽头NO，从抽头NO通向地电势75的单个电路支路80可以连接到该节点或抽头NO，电路支路80可以包括Y电容器78，电路支路80可以包括电阻器81，其可以限制流向地电势或从地电势75流出的电流，绕组73、73'可以布置在同一个铁磁芯上，或者布置在单独的铁磁芯上。绕组73、73'可以根本没有铁磁芯。

图10示出了图7和图8所示的设计如何使用其通向地电势75的电路支路77、77'来短路高频信号分量90。图10示出了逆变器电路23和支持电路37可以经由具有导电屏蔽结构92的电缆91连接到谐振电路21，即负载22。电缆91可以是双线电缆，其中一根线连接到节点A和连接器K1，而另一条线连接到节点B和连接器K2。通常，两根线代表用于传输负载电流26的两个电导体93、94，在电导体93、94和屏蔽结构92之间可能存在寄生电容95。通过图10中的寄生电容95的符号表示，示出了象征性的离散电容器。为了保持图10清晰可读，仅用参考符号指示这些符号电容器中的一些。箭头96表示高频信号分量90的电流路径或流动，为了在该电路径中提供低电阻，支持电路37到地电势75的连接点98和屏蔽结构92到地电势75的连接点99之间的距离97应小于一米，优选地小于50cm。这两个连接点98、99可以通过导电材料(优选地是金属，例如钢或铝或铜)连接。连接点98、99甚至可以在同一连接器处直接连接到地电势75，地电势可以由外壳或机壳或设备提供。

这提供了对EMI的保护：屏蔽结构是电缆的EMI屏蔽层。连接到线圈的电缆具有切换的电压，这些电压以电容方式耦合到屏蔽层。这导致在屏蔽层中产生电流，然后将屏蔽层连接到底盘或外壳(处于地电势)。所产生的电流需要返回到其源头，电感器的绕组通过Y电容器为电流提供回到晶体管或其它开关单元的短且直接的路径。这在每个电感器绕组具有一半的桥电压时有效，因此假设桥是对称的，中点是静态的，因此可以接地。

图11示出了如图9所示的支持电路37的设计的与屏蔽电缆91的电屏蔽结构92有关的使用，所述屏蔽电缆91一方面连接逆变器电路23和支持电路37，另一方面连接谐振电路21。另外，提供了直流阻断电容器71、71'的优选对称布置。利用支持电路37的这种设计也可以实现与结合图10所解释的相同的效果，因此图11的示例可以表示为具有两个绕组的电感器的“EMI版本”，该两个绕组电感器具有相同绕组数W1、W2的绕组73，通过具有相同电容C1、C2的直流阻断电容器71、71'连接到在节点NO处的电容为Cy的单个Y电容器，还示出了围绕连接到初级传输线圈27的两条导线93的屏蔽层92。

在支持电路的任何实施例中，都可以包括电气或电子开关，用于阻止电流通过开关电路。这提供了可以在无线电力传输设备中停用开关电路的优点。开关可以基于晶体管或继电器。在一种形式中，开关可以由感测电路控制，该感测电路感测指示对支持电流的需求情况的电量或热量(参见图3，图表46)。如果这个量满足预定的支持标准(例如，在图3中的半周期结束时的电流，图表46低于预定的阈值)，则可以接通支持电路(开关闭合)，否则可以使支持电路保持未激活状态，从而节省能量。

下面描述进一步优选的实施例。

因此，在晶体管桥并联添加了一个额外的电感器，可以增加一个确定的电流，并确保总是有足够的能量来创建谐振切换。由于换流所需的能量被定义为LI²，其中L是能量存储元件的电感，它是恒定的，而电流与切换电压成比例(因为功率切换频率几乎不变)，这很有益处，因为所需的换流能量也与电压成比例。电流强度I是每个半周期结束时的充电电流。请注意，所需的额外电流与线圈电流相位相反，并对开关电路中的RMS电流(RMS-均方根)产生较小的影响。另一个优点是，系统可以有不同的尺寸，因此可以更接近于最佳频率操作，并消除用于晶体管的电感电容切换。

为了确保在电感器中没有直流电流，可以添加一个直流阻断电容器，如果绕组被分成两个绕组，则中间点将接近一个恒定电压。这然后可以用作EMI设计的一部分，并且使用如图7至图11所示的Y电容器连接到地。

可以单独或组合地提供以下方面：

·H桥上的换流电感器

·带有直流阻断电容器的H桥上的换流电感器

·带有两个绕组和直流阻断电容器的半桥上的换流电感器

·带有两个绕组(无直流阻断)和连接到Y电容器以用于EMI返回的抽头的半桥上的换流/换相电感器

·带有两个绕组和连接到Y电容器以用于EMI返回的直流阻断电容器抽头的半桥上的换流电感器

·换流电感器用于EMI的用途

总之，该示例示出了如何在感应式充电站的转换器中实现损耗和电磁辐射的降低。

本发明还涉及以下方面：

方面1：用于操作无线电力传输设备(11)中的逆变器电路(23)的方法，其中，所述逆变器电路(23)包括至少一个半桥(29A、29B)，每个半桥具有两个开关单元(35H、35L、36H、36L)，每个开关单元都具有寄生电容(65)并且包括一续流元件(61)，在相应的半桥(29A、29B)中，第一开关单元(35H、36H)将直流源(31)的正电势(V+)链接到半桥节点(A、B)，而第二开关单元(35L、36L)将半桥节点(A、B)链接到直流源(31)的负电势(V-)，以及其中

用于无线电力传输的谐振电路(21)作为负载(22)连接到半桥节点(A、B)，其中谐振电路(21)包括传输线圈(27)和至少一个电容元件(27')，以及

为了在半桥节点(A、B)处提供切换电压(24)，以功率传输频率(f)反复执行开关周期(41)，其中该开关周期(41)包括：通过将相应的开关单元(35H，36L)设置为导通状态(62)，同时保持相应的另一个开关单元(35L，36H)处于关断状态(63)，控制电路(28)交替地将半桥节点(A、B)在一个半周期(42)中连接到正电势(V+)，而在另一个半周期(42)中连接到负电势(V-)，以及

为了在半周期(42)之间交替，执行瞬态阶段(43)，在该阶段，当前处于导通状态(62)并向负载(22)提供电负载电流(26)的开关单元(35H，36L)被设置为关断状态(63)，这使得负载电流(51')朝向另一个开关单元(35L，36H)的续流元件(61)换流，使得开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(65)被充电和/或放电，从而将半桥节点(A、B)的电势从其所连接到的相应的电势(V+、V-)转移到相应的另一电势(V-、V+)，

瞬态阶段(43)以进入导通状态(62)的另一个开关单元(35L，36H)的零电压切换(ZVS)结束，

其特征在于，一附加的支持电路(37)与负载(22)并联连接，其中所述支持电路(37)包括至少一个能量存储元件(40)，所述至少一个能量存储元件(40)在相应的半周期(42)中通过充电电流(50A)被充以电能，

在接下来的相应瞬态阶段(43)中，所述支持电路(37)利用其至少一个能量存储元件(40)中所存储的能量来驱动支持电流(50B)，

其中，该支持电流(50B)与逆变器电路(23)中的经换流的负载电流(51')相加，从而有助于开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(65)的充电和/或放电，并通过这种方式支持半桥节点(A，B)的电势转移。

方面2：根据方面1所述的方法，其中，设置有两个半桥(29A、29B)，每个半桥都包括半桥节点(A、B)，并且这两个半桥(29A、29B)作为H桥(30)运行，以在两个半桥节点(A、B)之间提供切换电压(24)，并且负载(22)和支持电路(37)连接到这两个半桥节点(A、B)。

方面3：根据前述任一方面所述的方法，其中，流经支持电路(37)的直流电流被支持电路(37)中的至少一个直流阻断电容器(71、71')阻断，和/或其中，流经支持电路(37)的电流(50)的基波分量相对于负载电流(26)产生相位差/相位偏移。

方面4：根据前述任一方面的方法，其中，负载电流(26)中具有至少为功率传输频率(f)的两倍的频率的高频信号分量(90)通过支持电路(37)中的至少一个Y电容器(78、78')被引向地电势(75)，

方面5：根据前述任一方面所述的方法，其中，所述功率传输频率(f)处于20kHz至150kHz的范围内。

方面6：一种用于感应式电力传输的无线电力传输设备(11)，其中，所述电力传输设备(11)包括：

·谐振电路(21)，用于向接收线圈(16)发送电力，其中，所述谐振电路(21)包括至少一个传输线圈(27)和至少一个电容元件(27')，

·逆变器电路(23)，其具有至少一个半桥节点(A、B)，谐振电路(21)连接到所述至少一个半桥节点(A、B)以用于接收切换电压(24)和负载电流(26)，其中该逆变器电路(23)包括具有两个开关单元(35H、35L、36H、36L)的至少一个半桥(29A、29B)，每个开关单元包括一续流元件(61)，其中第一开关单元(35H、36H)将直流源(31)的正电势(V+)链接到相应的半桥节点(A、B)，并且第二开关单元(35L、36L)将同一半桥节点(A、B)链接到直流源(31)的负电势(V-)，以及

·控制电路(28)，用于控制所述至少一个半桥(29A、29B)的开关单元(35H、35L、36H、36L)，其中所述控制电路(28)被设计成以功率传输频率(f)重复地执行开关周期(41)，其中每个开关周期(41)包括两个半周期(42)，并且所述半周期(42)被相应的瞬态阶段(43)分隔开，在该瞬态阶段(43)所述开关单元(35H、35L、36H、36L)被设置成关断状态(63)并且所述负载电流(26)换流到至少一个续流元件(61)，

其特征在于，支持电路(37)与所述谐振电路(21)并联地连接到所述至少一个半桥节点(A、B)，其中

所述支持电路(37)包括至少一个能量存储元件(40)，所述至少一个能量存储元件被设计成在相应的半周期(42)期间接收电能并且存储所接收的能量，在接下来的相应瞬态阶段(43)期间使用所存储的能量来驱动支持电流(50B)，其中该支持电流(50B)与逆变器电路(23)中的负载电流(26)相加，并且用于所述开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(23)的充电和/或放电，通过该支持在所述瞬态阶段(43)中在所述正电势(V+)与所述负电势(V-)之间转移所述半桥节点(A、B)中的至少一个的电势。

方面7：根据方面6所述的电力传输设备(11)，其中，所述支持电路(37)的能量存储元件(40)包括至少一个电感器(70)，该电感器将逆变器电路(23)的两个半桥(29A、29B)的相应半桥节点(A、B)互连，并设计为在相应的半周期(42)中从逆变器电路(23)接收充电电流(50A)以利用能量充电，并设计为使用所存储的能量感应电压来驱动支持电流(50B)。

方面8：根据方面7所述的电力传输设备(11)，其中，所述支持电路的至少一个电感器(70)包括串联连接在逆变器电路(23)的半桥节点(A、B)之间的两个绕组(73、73')，并且两个绕组(73、73')之间的电气连接包括至少一个电气和/或电子元件。

方面9：根据方面8所述的电力传输设备，其中，两个绕组(73、73')之间的电气连接通过至少一个电路支路(77、77')连接到地电势(75)，所述至少一个电路支路包括相应的Y电容器(78、78')。

方面10：根据方面9所述的电力传输设备(11)，其中，所述支持电路(37)在每个半桥节点(A、B)到地电势(75)的电连接方面具有对称设计，并且该对称设计包括：

·带有Y电容器(78)的单个电路支路(80)，或

·一个直流阻断电容器(71)和两个电路支路(77、77')，或

·一个电路支路(80)和两个直流阻断电容器(71、71')。

方面11：根据方面9或10所述的电力传输设备(11)，其中，相应的电路支路包括用于限制地电流和/或阻尼地电流的振荡的电阻器(81)。

方面12：根据方面8至11中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，两个绕组(73、73')以串联方式电连接，并且布置在公共的铁磁芯上，或者两个绕组(73、73')布置在单独的铁磁芯上。

方面13：根据方面8至12中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，谐振电路(21)通过屏蔽电缆(91)连接到逆变器电路(23)和支持电路(37)，并且电缆(91)的电屏蔽结构(92)在距离支持电路(37)的接地连接点(98)一距离(97)的接地连接点(99)处连接到地电势(75)，其中所述距离(97)小于50厘米。

方面14：根据方面6至8中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，所述支持电路(37)与地电势(75)电气分离，并包括a)仅至少一个电感器(70)，或b)至少一个电感器(70)和用于阻断通过支持电路(27)的直流电流的至少一个直流阻断电容器(71)。

方面15：根据方面6至14中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，相应的开关单元(35H、35L、36H、36L)包括至少一个晶体管(60)和/或至少一个晶闸管，和/或相应的续流元件(61)包括至少一个二极管，特别是体二极管。

Claims (9)

1.一种用于操作无线电力传输设备(11)中的逆变器电路(23)的方法，其中，所述逆变器电路(23)包括具有两个开关单元(35H、35L、36H、36L)的至少一个半桥(29A、29B)，每个开关单元具有一寄生电容(65)并包括一续流元件(61)，其中，在相应的半桥(29A、29B)中，第一开关单元(35H、36H)将直流源(31)的正电势(V+)链接到半桥节点(A、B)，并且第二开关单元(35L、36L)将半桥节点(A、B)链接到直流源(31)的负电势(V-)，以及其中，

用于无线电力传输的谐振电路(21)作为负载(22)连接到半桥节点(A、B)，其中该谐振电路(21)包括传输线圈(27)和至少一个电容元件(27')，以及

为了在半桥节点(A、B)处提供切换电压(24)，以功率传输频率(f)反复执行开关周期(41)，其中该开关周期(41)包括：通过将相应的开关单元(35H，36L)设置为导通状态(62)同时保持相应的另一个开关单元(35L，36H)处于关断状态(63)，控制电路(28)交替地将半桥节点(A、B)在一个半周期(42)中连接到正电势(V+)以及在另一个半周期(42)中连接到负电势(V-)，以及

为了在各半周期(42)之间交替，执行瞬态阶段(43)，在该阶段，当前处于导通状态(62)并向负载(22)提供电负载电流(26)的开关单元(35H，36L)被设置为关断状态(63)，这使得将负载电流(51')换流至另一个开关单元(35L，36H)的续流元件(61)，使得开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(65)被充电和/或放电，并由此将半桥节点(A、B)的电势从其所连接到的相应的电势(V+、V-)转移到相应的另一电势(V-、V+)，以及

所述瞬态阶段(43)以进入导通状态(62)的所述另一个开关单元(35L，36H)的零电压切换ZVS结束，其中

一附加的支持电路(37)与负载(22)并联连接，其中所述支持电路(37)包括至少一个能量存储元件(40)，所述至少一个能量存储元件(40)在相应的半周期(42)中通过充电电流(50A)被充以电能，以及

在接下来的相应瞬态阶段(43)中，所述支持电路(37)利用其至少一个能量存储元件(40)中所存储的能量来驱动支持电流(50B)，

其中，该支持电流(50B)与逆变器电路(23)中的经换流的负载电流(51')相加，从而有助于开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(65)的充电和/或放电，并通过这种方式支持半桥节点(A，B)的电势转移，

其特征在于，负载电流(26)中具有为所述功率传输频率(f)的至少两倍的频率的高频即HF信号分量(90)通过所述支持电路(37)中的至少一个Y电容器(78、78')被引向地电势(75)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，设置有两个半桥(29A、29B)，每个半桥都包括一半桥节点(A、B)，并且这两个半桥(29A、29B)作为H桥(30)运行，以在两个半桥节点(A、B)之间提供切换电压(24)，其中负载(22)和支持电路(37)连接到这两个半桥节点(A、B)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，流经支持电路(37)的直流电流被支持电路(37)的至少一个直流阻断电容器(71、71')阻断，和/或其中，流经支持电路(37)的电流(50)的基波分量相对于负载电流(26)产生相位偏差。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功率传输频率(f)处于20kHz至150kHz的范围内。

5.一种用于感应式电力传输的无线电力传输设备(11)，其中，所述电力传输设备(11)包括：

谐振电路(21)，用于向接收线圈(16)发送电力，其中所述谐振电路(21)包括至少一个传输线圈(27)和至少一个电容元件(27')，

逆变器电路(23)，其具有至少一个半桥节点(A、B)，谐振电路(21)连接到所述至少一个半桥节点(A、B)以用于接收切换电压(24)和负载电流(26)，其中该逆变器电路(23)包括具有两个开关单元(35H、35L、36H、36L)的至少一个半桥(29A、29B)，每个开关单元包括一续流元件(61)，其中第一开关单元(35H、36H)将直流源(31)的正电势(V+)链接到相应的半桥节点(A、B)，并且第二开关单元(35L、36L)将同一半桥节点(A、B)链接到直流源(31)的负电势(V-)，以及

控制电路(28)，用于控制所述至少一个半桥(29A、29B)的开关单元(35H、35L、36H、36L)，其中所述控制电路(28)被设计成以功率传输频率(f)重复地执行开关周期(41)，其中每个开关周期(41)包括两个半周期(42)，并且这两个半周期(42)被相应的瞬态阶段(43)分隔开，在该瞬态阶段(43)所述开关单元(35H、35L、36H、36L)被设置成关断状态(63)并且所述负载电流(26)换流到至少一个续流元件(61)，其中

一支持电路(37)以与所述谐振电路(21)并联的方式连接到所述至少一个半桥节点(A、B)，其中

所述支持电路(37)包括至少一个能量存储元件(40)，所述至少一个能量存储元件被设计成在相应的半周期(42)期间接收电能并且存储所接收的能量，以及在接下来的相应瞬态阶段(43)期间使用所存储的能量来驱动支持电流(50B)，其中该支持电流(50B)与逆变器电路(23)中的负载电流(26)相加，并且用于所述开关单元(35H、35L、36H、36L)的寄生电容(23)的充电和/或放电，以及通过这种方式在所述瞬态阶段(43)中支持在所述正电势(V+)与所述负电势(V-)之间转移所述半桥节点(A、B)中的至少一个的电势，

其中，所述支持电路(37)的能量存储元件(40)包括至少一个电感器(70)，所述至少一个电感器将逆变器电路(23)的两个半桥(29A、29B)的相应半桥节点(A、B)互连，并被设计为在相应的半周期(42)中从逆变器电路(23)接收充电电流(50A)以利用能量充电，并被设计为通过使用所存储的能量感应电压来驱动支持电流(50B)，

其特征在于，所述支持电路的所述至少一个电感器(70)包括串联连接在逆变器电路(23)的半桥节点(A、B)之间的两个绕组(73、73')，并且这两个绕组(73、73')之间的电气连接包括至少一个电气和/或电子元件，其中

a)两个绕组(73、73')之间的电气连接结构通过至少一个电路支路(77、77')连接到地电势(75)，所述至少一个电路支路包括相应的Y电容器(78、78')，和/或

b)谐振电路(21)通过屏蔽电缆(91)连接到逆变器电路(23)以及连接到支持电路(37)，并且电缆(91)的电屏蔽结构(92)在距离支持电路(37)的接地连接点(98)一距离(97)的接地连接点(99)处连接到地电势(75)，其中所述距离(97)小于50厘米。

6.根据权利要求5所述的电力传输设备(11)，其中，相应的电路支路(77、77')包括Y电容器(78、78')，并且所述支持电路(37)在每个半桥节点(A、B)到地电势(75)的电连接方面具有对称设计，并且该对称设计包括：

·带有其Y电容器(78)的单个电路支路(80)，或

·一个直流阻断电容器(71)和两个电路支路(77、77')，或

·一个电路支路(80)和两个直流阻断电容器(71、71')。

7.根据权利要求5或6所述的电力传输设备(11)，其中，相应的电路支路(77、77')包括Y电容器(78、78')，并且相应的电路支路包括用于限制地电流和/或阻尼地电流的振荡的电阻器(81)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，两个绕组(73、73')以串联方式电连接，并且布置在公共的铁磁芯上，或者其中两个绕组(73、73')布置在各自单独的铁磁芯上。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的电力传输设备(11)，其中，相应的开关单元(35H、35L、36H、36L)包括至少一个晶体管(60)和/或至少一个晶闸管，和/或相应的续流元件(61)包括至少一个二极管，特别是体二极管。