CN117996681A - 用于无线电力传送系统的过电压保护 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线电力传送系统。所述无线电力传送系统包括第一转换单元，所述第一转换单元经配置以将输入电力的第一DC电压转换成AC电压。此外，所述无线电力传送系统包括非接触电力传送单元，所述非接触电力传送单元经配置以传输具有所述AC电压的所述输入电力。并且，所述无线电力传送系统包括第二转换单元，所述第二转换单元经配置以将所述AC电压转换成第二DC电压且将具有所述第二DC电压的所述输入电力传输到电负载。另外，所述无线电力传送系统包括开关单元，所述开关单元经配置以在所述电负载的上所述第二DC电压大于第一阈值的情况下将所述电负载从所述非接触电力传送单元断开连接。

Description

用于无线电力传送系统的过电压保护
技术领域
本发明的实施例大体上涉及无线电力传送系统。
背景技术
在一个或多个行业中，电动车辆或混合动力车辆包括供应电力以驱动车辆的一个或多个电池。在一个实例中，电池将能量供应到电动机以驱动车辆中的轴，所述轴又驱动车辆。所述电池用于供应电力且因此可耗尽且需要从外部电源充电。
一般来说，电力传送系统广泛地用于将电力从电源传送到一个或多个电负载，例如，车辆中的电池。通常，所述电力传送系统可以是基于接触的电力传送系统或非接触电力传送系统。在基于接触的电力传送系统中，例如插头、插座连接器及电线的组件以物理方式连接到用于为电池充电的电池。然而，由于环境影响，此类连接器及电线可能受损或受到腐蚀。并且，高电流及电压用于为电池充电。因此，建立电源与车辆中的电池之间的物理连接可能涉及繁琐的安全措施。并且，相比于非接触电力传送系统，此电力传送系统可能变得更庞大且更重。
在非接触电力传送系统中，电力转换器用于将输入电力转换成可传送电力，所述可传送电力被进一步传输到电负载，例如车辆中的电池。所述电力转换器包括开关，所述开关在特定开关频率下操作以将输入电力转换成可传送电力。通常，取决于负载，改变电力转换器的开关频率以调节或控制电力传送系统的输出电压。然而，如果电负载断开或变化，那么电力传送系统的输出电压可在非常短时间段中获得非常高的值。输出电压的此突然增大可能导致操作失败且也可能损坏电力传送系统中的一个或多个组件。
因此，需要用于保护电力传送系统的改进的系统及方法。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开一种无线电力传送系统。无线电力传送系统包括第一转换单元，其经配置以将输入电力的第一DC电压转换成AC电压。此外，无线电力传送系统包括非接触电力传送单元，其以通信方式连接到第一转换单元且经配置以从第一转换单元接收具有AC电压的输入电力并传输具有AC电压的输入电力。并且，无线电力传送系统包括第二转换单元，其以通信方式连接到非接触电力传送单元且经配置以从非接触电力传送单元接收具有AC电压的输入电力，将输入电力的AC电压转换成第二DC电压，并将具有第二DC电压的输入电力传输到电负载。另外，无线电力传送系统包括开关单元，开关单元包括：第一开关，其并联地电连接到第二转换单元的第一分支中的第一二极管；第二开关，其并联地电连接到第二转换单元的第二分支中的第二二极管；以及控制器，其电连接到第一开关及第二开关且经配置以在电负载上的第二DC电压大于第一阈值的情况下启动第一开关及第二开关以将电负载从非接触电力传送单元断开连接。
优选的，开关单元经配置以在第二DC电压与电压参考值之间的差高于预定义值的情况下调节电负载上的第二DC电压。
优选的，无线电力传送系统进一步包括电压传感器，电压传感器电连接到电负载且经配置以确定电负载的第二DC电压。
优选的，非接触电力传送单元包括彼此磁连接的初级线圈及次级线圈，其中初级线圈经配置以从第一转换单元接收初级电流且次级线圈经配置以将次级电流传输到第二转换单元。
优选的，控制器经进一步配置以：在电负载上的第二DC电压大于第一阈值的情况下产生第一控制信号；以及在电负载上的第二DC电压小于第二阈值的情况下产生第二控制信号。
优选的，控制器经进一步配置以：基于第一控制信号产生第一开关信号及第二开关信号；以及发送第一开关信号及第二开关信号以分别启动第一开关及第二开关以使非接触电力传送单元的次级线圈短路。
优选的，控制器经进一步配置以：从电流传感器接收表示非接触电力传送单元的次级电流的电流信号；基于第二控制信号及非接触电力传送单元的次级电流产生第三开关信号及第四开关信号，其中第三开关信号与第四开关信号彼此互补；以及将第三开关信号及第四开关信号分别发送到第一开关及第二开关以将电负载连接到非接触电力传送单元。
优选的，第三开关信号及第四开关信号中的每一个包括对应于非接触电力传送单元的次级电流的多个开关脉冲。
优选的，控制器经进一步配置以：在第二DC电压与电压参考值之间的差高于预定义值的情况下产生具有预定义占空比的第三控制信号；基于第三控制信号及非接触电力传送单元的次级电流产生第五开关信号及第六开关信号，其中第五开关信号与第六开关信号彼此互补；以及将第五开关信号及第六开关信号分别发送到第一开关及第二开关以将电负载连接到非接触电力传送单元且调节电负载上的第二DC电压。
优选的，无线电力传送系统进一步包括第一收发器，第一收发器电连接到电压传感器且经配置以：接收表示电负载上的第二DC电压的电压信号；从控制器接收第一控制信号及第二控制信号中的一个；以及传输电压信号以及第一控制信号及第二控制信号中的一个。
优选的，无线电力传送系统进一步包括第二收发器，第二收发器以通信方式连接到第一收发器且经配置以从第一收发器接收电压信号以及第一控制信号及第二控制信号中的一个。
优选的，无线电力传送系统进一步包括控制单元，控制单元电连接到第二收发器及第一转换单元且经配置以：从第二收发器接收电压信号以及第一控制信号及第二控制信号中的一个；以及在从第二收发器接收到第一控制信号的情况下停用第一转换单元。
优选的，控制单元经配置以在从第二收发器接收到第二控制信号的情况下基于表示电负载上的第二DC电压的电压信号调整第一转换单元的开关频率。
优选的，调整开关频率以调节电负载上的第二DC电压。
优选的，控制单元经配置以在从停用第一转换单元开始的预定时间段之后经由第二收发器及第一收发器将复位信号传输到控制器。
优选的，控制器经配置以在接收到复位信号的情况下产生第二控制信号。
优选的，控制单元经配置以：从控制器接收第二控制信号；从电压传感器接收表示第二DC电压的电压信号；以及在接收到第二控制信号且第二DC电压小于或等于第一阈值的情况下启动第一转换单元。
优选的，控制器经配置以基于电负载中的电荷调节电流及/或电负载上的第二DC电压。
根据本发明的另一实施例，公开一种用于操作无线电力传送系统的方法。方法包括通过第一转换单元将输入电力的第一DC电压转换成AC电压。此外，方法包括通过非接触电力传送单元从第一转换单元接收具有AC电压的输入电力且传输输入电力。并且，方法包括通过第二转换单元将输入电力的AC电压转换成第二DC电压。另外，方法包括将具有第二DC电压的输入电力从第二转换单元传输到电负载。此外，方法包括在电负载上的第二DC电压大于第一阈值的情况下通过开关单元将电负载从非接触电力传送单元断开连接。
优选的，方法进一步包括在第二DC电压与电压参考值之间的差高于预定义值的情况下通过开关单元调节电负载上的第二DC电压。
优选的，将电负载从非接触电力传送单元断开连接包括：通过电压传感器确定电负载上的第二DC电压；以及在确定的第二DC电压大于第一阈值的情况下通过控制器启动第一开关及第二开关以将电负载从非接触电力传送单元断开连接。
优选的，方法进一步包括在确定的第二DC电压小于第二阈值的情况下停用第一开关及第二开关中的一个且启动第一开关及第二开关中的另一个以将电负载连接到非接触电力传送单元。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的具有开关单元的无线电力传送系统的框图表示；
图2是根据本发明的实施例的无线电力传送系统的示意性表示；
图3是根据本发明的另一实施例的无线电力传送系统的示意性表示；
图4是说明用于保护根据本发明的实施例的无线电力传送系统的方法的流程图；
图5是说明用于断开及连接根据本发明的实施例的无线电力传送系统中的转换单元的方法的流程图；且
图6是根据本发明的另一个实施例的无线电力传送系统的示意性表示。
具体实施方式
如将在下文中详细地描述，公开用于保护无线电力传送系统的系统及方法的各种实施例。并且，公开用于调节无线电力传送系统的输出电压的系统及方法的各种实施例。具体来说，本文中公开的系统及方法使用开关单元来保护无线电力传送系统的一个或多个组件。更确切地说，开关单元在无线电力传送系统的输出电压增加到不当值的情况下断开(decouple)所述系统中的一个或多个组件。此外，开关单元经配置以控制无线电力传送系统的输出电压，即使连接到无线电力传送系统的电负载的量值基本上改变也是如此。
图1是根据本发明的实施例的无线电力传送系统100的图解表示。无线电力传送系统100用于将电力从电源102传输到一个或多个电负载132，例如：电池、例如蜂窝电话等移动装置、笔记本电脑、HVAC系统及其类似者。尤其在汽车行业中，电动车辆或混合动力车辆包括供应电力以驱动车辆的一个或多个电池。此类电池可经由无线电力传送系统100从电源102以电气方式充电。在一个实施例中，无线电力传送系统100还可被称作非接触电力传送系统。
在所说明的实施例中，无线电力传送系统100包括第一转换单元104(逆变器)、控制单元106、非接触电力传送单元108及第二转换单元110(整流器)。第一转换单元104电连接到电源102及控制单元106。电源102经配置以将具有第一DC电压112的输入电力供应到第一转换单元104。在一些实施例中，输入电力可以在从约100W到约6.6kW的范围中。在一个实施例中，电源102可以是无线电力传送系统100的一部分。在另一实施例中，电源102可定位在无线电力传送系统100外部。
第一转换单元104经配置以从电源102接收具有第一DC电压112的输入电力。此外，第一转换单元104经配置以在确定的开关频率下操作以将输入电力的第一DC电压112转换成AC电压114。具体来说，控制单元106可基于电负载132确定第一转换单元104的开关频率。在一个实施例中，控制单元106可包括基于预存储的指令或程序执行一个或多个功能的数字电路或处理器。在将输入电力的第一DC电压112转换成AC电压114后，第一转换单元104经进一步配置以将具有AC电压114的输入电力传输到非接触电力传送单元108。
非接触电力传送单元108包括彼此磁连接的两个或多于两个线圈或线圈116的阵列。线圈116用于将具有AC电压114的输入电力从第一转换单元104无线地传输到第二转换单元110。下文参看图2更详细地解释关于使用线圈116传输电力的细节。
第二转换单元110经由开关单元130电连接到非接触电力传送单元108。在从非接触电力传送单元108接收到具有AC电压114的电力后，第二转换单元110经配置以将输入电力的AC电压114转换成第二DC电压118。此外，第二转换单元110经配置以将具有第二DC电压118的输入电力传输到电负载132。在一个实施例中，具有第二DC电压的输入电力可用于为包括一个或多个电池的电负载充电，所述一个或多个电池连接到无线电力传送系统100。
另外，无线电力传送系统100包括电压传感器120、第一收发器122及第二收发器124，其共同形成反馈环路126。电压传感器120用于感测第二DC电压(输出电压)118。反馈环路126用于经由第一收发器122及第二收发器124将表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128从电压传感器120传输到控制单元106。此外，控制单元106用于基于所接收的电压信号(Vo)128调整第一转换单元104的开关频率以控制或调节在电负载132上的第二DC电压118。
然而，由于电压信号(Vo)128是使用第一收发器122与第二收发器124之间的无线通信路径来传达，因此控制单元106可在某一时间延迟之后接收电压信号(Vo)128。在一个实施例中，所述延迟可以在从约1毫秒到约5毫秒的范围中。在此情境中，由于传达电压信号(Vo)128的延迟，控制单元106可能不能够及时控制在电负载132上的第二DC电压118。因此，第二DC电压118可增大到高于临界值，从而又可影响无线电力传送系统100中的第二转换单元110及/或其它组件。所述临界值可以是高于其无线电力传送系统100中的组件可能受到影响的电压值。在一个实施例中，所述临界值可以在从约400V到约500V的范围中。
为了克服与第二DC电压118增大到高于临界值相关的问题，示范性无线电力传送系统100包括开关单元130以保护无线电力传送系统100中的第二转换单元110或其它组件以免受影响。具体来说，开关单元130电连接到非接触电力传送单元108及第二转换单元110。开关单元130经配置以在第二DC电压118大于第一阈值(VoMax)的情况下将电负载132从非接触电力传送单元108断开连接。第一阈值(VoMax)小于临界值。在一个实施例中，第一阈值(VoMax)可以在从约300V到约400V的范围中。
通过将电负载132从非接触电力传送单元108断开连接，输入电力不会被传输到电负载132。因此，在电负载132上的第二DC电压118降低到小于第一阈值(VoMax)。参看图2更详细地描述对第二转换单元110的保护。
此外，在一个实施例中，开关单元130可用于调节或控制在电负载132上的第二DC电压118。如果第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差高于预定义值，那么开关单元130经配置以调节或控制第二DC电压118而不将电负载132从非接触电力传送单元108断开连接。参看图3更详细地描述对第二DC电压118的此调节。
参看图2，描绘根据本发明的实施例的无线电力传送系统100的示意性表示。第一转换单元104包括电连接在输入端子219与输出端子221之间的多个开关220及二极管222。在一个实施例中，开关220可包括电子开关，例如MOSFET或IGBT。基于第一转换单元104的开关频率而启动及停用开关220以将输入电力的第一DC电压112转换成AC电压114。具体来说，控制单元106经配置以基于电负载132确定第一转换单元104的开关频率。此外，控制单元106经配置以将表示开关频率的一个或多个门信号226发送到多个开关220以将输入电力的第一DC电压112转换成AC电压114。具有AC电压114的输入电力从第一转换单元104传输到非接触电力传送单元108。
非接触电力传送单元108包括初级线圈116a及次级线圈116b。初级线圈116a电连接到第一转换单元104。次级线圈116b电连接到第二转换单元110。初级线圈116a及次级线圈116b彼此磁连接。
除初级线圈116a及次级线圈116b之外，非接触电力传送单元108还包括场聚焦线圈116c及补偿线圈116d。场聚焦线圈116c定位在初级线圈116a与次级线圈116b之间。场聚焦线圈116c磁连接到初级线圈116a及次级线圈116b。补偿线圈116d磁连接到次级线圈116b。
具有AC电压114的输入电力用于同时激发初级线圈116a及场聚焦线圈116c。对应于AC电压114的初级电流流动通过初级线圈116a，从而导致激发初级线圈116a，这又产生激发场聚焦线圈116c的磁场。此外，由初级线圈116a产生的磁场经由场聚焦线圈116c朝向次级线圈116b聚焦。次级线圈116b经配置以接收磁场且将磁场转换成具有AC电压114的输入电力。当次级线圈116b接收磁场时，对应于AC电压114的次级电流流动通过次级线圈116b。此外，具有AC电压114的输入电力接着从次级线圈116b传输到第二转换单元110。
在一个实施例中，场聚焦线圈116c电连接到一个或多个谐振器，所述一个或多个谐振器由输入电力同时激发以增强初级线圈116a与次级线圈116b之间的磁连接。补偿线圈116d经配置以将非接触电力传送单元108的阻抗与第二转换单元110匹配。
第二转换单元110包括电连接在输入端子271与输出端子273之间的第一分支268及第二分支270。具体来说，第一分支268包括一对第一二极管272、274，且第二分支270包括一对第二二极管276、278。在一些实施例中，第二转换单元110可使用例如MOSFET、IGBT等电子开关连同二极管一起或在不使用二极管的情况下进行配置。电压传感器120电连接到第二转换单元110的输出端子以确定在电负载132上的第二DC电压118。
第一收发器122包括天线248，其经配置以将电压信号(Vo)128传输到第二收发器124的天线250。在一个实施例中，第一收发器122定位成接近于电负载132，且第二收发器124定位成接近于第一转换单元104或电源102。
如较早所论述，控制单元106经配置以基于表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128确定电负载132的改变。响应于接收到电压信号(Vo)128，控制单元106经配置以确定或调整第一转换单元104的开关频率。此外，控制单元106经配置以将表示开关频率的门信号226发送到第一转换单元104以控制第一转换单元104的AC电压114，从而又控制在电负载132上的第二DC电压118。换句话说，控制单元106经配置以基于经由反馈环路126接收的电压信号(Vo)128控制或调节无线电力传送系统100的第二DC电压118。
开关单元130包括第一开关280、第二开关282及控制器254。控制器254电连接到第一开关280、第二开关282及传感器120。在一个实施例中，第一开关280及第二开关282可包括一个或多个电子开关，例如MOSFET、IGBT及其类似者。
在所说明的实施例中，第一开关280跨过(across)第二转换单元110的第一分支268中的第一二极管272进行电连接。以类似方式，第二开关282跨过第二转换单元110的第二分支270中的第二二极管276进行电连接。如果在电负载132上的第二DC电压118大于第一阈值，那么第一开关280及第二开关282在保护模式中操作以将电负载132从无线电力传送系统100中的其它组件断开连接。具体来说，启动第一开关280及第二开关282以使非接触电力传送单元108的次级线圈116b短路。因此，电负载132从非接触电力传送单元108断开连接。
如果在电负载132上的第二DC电压118小于第二阈值，那么第一开关280及第二开关282在正常模式中操作以将电负载132连接到无线电力传送系统100的组件。具体来说，基于从控制器254接收的开关信号启动及停用第一开关280及第二开关282以将电负载132连接到非接触电力传送单元108。启动及停用第一开关280及第二开关282以将AC电压114转换成第二DC电压118。开关信号包括对应于非接触电力传送单元108的次级电流的开关脉冲。
控制器254包括第一电压比较器256、第二电压比较器258、触发器单元260、电流比较器284、非门286、第一或门288及第二或门290。第一比较器256及第二比较器258电连接到触发器单元260的输入端子。此外，触发器单元260的输出端子连接到第一或门288及第二或门290的输入端子。
电流比较器284的输入端子电连接到电流传感器292，所述电流传感器连接到非接触电力传送单元108的次级线圈116b。电流传感器292用于感测非接触电力传送单元108的次级电流且将电流信号传输到电流比较器284。此外，电流比较器284的输出端子直接连接到第一或门288的输入端子。电流比较器284的输出端子经由非门286连接到第二或门290的输入端子。此外，第一或门288的输出端子连接到第一开关280，且第二或门290的输出端子连接到第二开关282。
确切地说，控制器254经配置以从传感器120接收表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128。此外，所接收的电压信号(Vo)128传输到第一比较器256及第二比较器258。第一比较器256经配置以将第二DC电压118与第一阈值(VoMax)比较。如果第二DC电压118大于第一阈值(VoMax)，那么第一比较器256经配置以触发触发器单元260以在触发器单元260的输出端子处产生第一控制信号261。在一个实施例中，第一控制信号261表示二进制“1”。此外，第一控制信号261传输到第一或门288以产生第一开关信号265。第一控制信号261传输到第二或门290以产生第二开关信号267。在此情境中，第一或门288及第二或门290产生第一开关信号265及第二开关信号267以在保护模式中操作第一开关280及第二开关282。具体来说，如果触发器单元260产生第一控制信号261，那么第一或门288产生与第一控制信号261相同的第一开关信号265。同时，第二或门290产生与第一控制信号261相同的第二开关信号267。在一个实施例中，第一开关信号265及第二开关信号267表示二进制“1”。此外，第一开关信号265传输到第一开关280以启动第一开关280，且第二开关信号267传输到第二开关282以启动第二开关282。通过启动第一开关280及第二开关282，使非接触电力传送单元108的次级线圈116b短路。因此，电负载132从非接触电力传送单元108断开连接。此外，在电负载132上的第二DC电压118降低到低于第一阈值。
此外，第二比较器258经配置以接收表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128。第二比较器258经配置以比较所接收的第二DC电压118与第二阈值(VoMin)。在本文中应注意，第二阈值(VoMin)小于第一阈值(VoMax)。如果第二DC电压118小于第二阈值(VoMin)，那么第二比较器258经配置以触发触发器单元260以在触发器单元260的输出端子处产生第二控制信号263。在一个实施例中，第二控制信号263表示二进制“0”。此外，第二控制信号263传输到第一或门288及第二或门290。第一或门288及第二或门290产生开关信号以在正常模式中操作第一开关280及第二开关282。在一个实施例中，基于非接触电力传送单元108的次级电流产生开关信号。更确切地说，电流比较器284比较非接触电力传送单元108的次级电流与零值以触发第一或门288以产生第三开关信号269且触发第二或门290以产生第四开关信号275。第三开关信号269与第四开关信号275彼此互补(complimentary)。第三开关信号269及第四开关信号275包括对应于非接触电力传送单元108的次级电流的开关脉冲。此外，第三开关信号269传输到第一开关280且第四开关信号275传输到第二开关282以将输入电力的AC电压114转换成第二DC电压118。
在无线电力传送系统100的正常操作期间，基于第三开关信号269及第四开关信号275启动及停用第一开关280及第二开关282以将电负载132连接到非接触电力传送单元208且将输入电力的AC电压114转换成第二DC电压118。在此阶段，控制器254发送第三开关信号269及第四开关信号275以在正常模式中操作第一开关280及第二开关282。
在某些情形中，如果满负载132或负载132的一部分断开或突然与第二转换单元110断开连接，那么在负载132上的第二DC电压118可增大到高于第一阈值(VoMax)。传感器120确定表示此第二DC电压118的电压信号(Vo)128且将所述电压信号发送到控制器254及第一收发器122。第一比较器256比较第二DC电压118与第一阈值(VoMax)。如果第二DC电压118大于第一阈值(VoMax)，那么第一比较器256触发触发器单元260以产生第一控制信号261，所述第一控制信号被传输到第一或门288及第二或门290以产生第一开关信号265及第二开关信号267。此外，传输第一开关信号265及第二开关信号267以启动第一开关280及第二开关282。因此，电负载132与非接触电力传送单元108断开连接。
同时，第一控制信号261从控制器254传输到第一收发器122。此外，第一收发器122将从传感器120接收的电压信号(Vo)128及从控制器254接收的第一控制信号261传输到第二收发器124。电压信号(Vo)128及第一控制信号261进一步传输到控制单元106。
在接收到电压信号(Vo)128及第一控制信号261后，控制单元106确定启动第一开关280及第二开关282。因此，控制单元106停用第一转换单元104。确切地说，控制单元106将门信号226发送到开关220以停用或开启开关220。因此，停用第一转换单元104以免于将电力传输到非接触电力传送单元108及第二转换单元110。
此外，在预定时间段之后，控制单元106将复位信号262发送到第二收发器124，所述复位信号进一步传输到第一收发器122。第一收发器122将复位信号262发送到触发器单元260。响应于接收到复位信号262，触发器单元260重置第二控制信号263且在控制器254的输出端子处产生所述第二控制信号。所产生的第二控制信号263进一步传输到第一或门288及第二或门290以产生第三开关信号269及第四开关信号275，所述第三开关信号及所述第四开关信号包括对应于非接触电力传送单元108的次级电流的开关脉冲。此外，第三开关信号269及第四开关信号275传输到第一开关280及第二开关282以将输入电力的AC电压114转换成第二DC电压118。电负载132经由第二转换单元110连接到非接触电力传送单元108以接收经转换的第二DC电压118。
同时，所产生的第二控制信号263从控制器254传输到第一收发器122。除第二控制信号263之外，第一收发器122还接收表示在负载132上的第二DC电压118的电压信号(Vo)128。此外，第一收发器122将电压信号(Vo)128及第二控制信号263传输到第二收发器124，所述电压信号及所述第二控制信号进一步传输到控制单元106。
在从第二收发器124接收到电压信号(Vo)128及第二控制信号263后，控制单元106确定第二DC电压118是否小于或等于第一阈值(VoMax)。如果第二DC电压118小于或等于第一阈值(VoMax)，那么控制单元106将门信号226发送到开关220以启动第一转换单元104。此外，控制单元206基于在电负载132上的第二DC电压118调整第一转换单元104的开关频率。在一个实施例中，控制单元106调整第一转换单元104的开关频率以调节在电负载132上的第二DC电压118。如果第二DC电压118大于第一阈值(VoMax)，那么控制单元106等待预定时间段以将另一复位信号发送到控制器254。如果第二DC电压118在传输了确定的数目个复位信号之后继续大于第一阈值(VoMax)，那么控制单元106从非接触电力传送单元108停用电负载132。在一个实施例中，控制单元106可关闭或停用电力传送系统。
相应地，通过使用开关单元130及控制单元106，会防止第二DC电压118增大到大于临界值。因此，保护第二转换单元110免于损坏，即使电负载132与非接触电力传送单元108断开连接也是如此。
参看图3，描绘根据本发明的另一实施例的无线电力传送系统300的示意性表示。无线电力传送系统300类似于图2的无线电力传送系统100，其例外之处在于开关单元312的控制器302经配置以调节或控制第二转换单元110的第二DC电压118(输出电压)。
在操作期间，在电负载132上的第二DC电压118可基本上从电压参考值(Voref)变化。在一个实例中，第二DC电压118可增大或减少到低于电压参考值(Voref)。在某一情境中，由于电负载132的改变，第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差可增大到高于预定义值。因此，第二转换单元110中的一个或多个组件可能受到影响或损坏。因此，需要控制或调节第二DC电压118，使得第二DC电压118维持在低于临界值。在一个实例中，电压参考值(Voref)小于临界值。
传感器120将表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128传输到控制器302。控制器302的电压比较器306经配置以比较第二DC电压118与电压参考值(Voref)。如果第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差高于预定义值，那么电压比较器306在输出端子处产生具有确定的占空比的第三控制信号304。在一个实施例中，控制器302可使用查找表确定或选择占空比。举例来说，如果第二DC电压118是90伏，那么从查找表中选出0.75的占空比。在另一实例中，如果第二DC电压118是170伏，那么从查找表中选出0.5的占空比。在又一实例中，如果第二DC电压118是250伏，那么从查找表中选出0.25的占空比。第三控制信号304包括对应于确定的占空比的开关脉冲。
电压比较器306将具有确定的占空比的第三控制信号304传输到第一或门288及第二或门290。同时，电流比较器284将对应于次级电流的信号传输到第一或门288及第二或门290。基于第三控制信号304及非接触电力传输单元108的次级电流，第一或门288产生第五开关信号277且第二或门290产生第六开关信号279。第五开关信号277与第六开关信号279彼此互补。第五开关信号277及第六开关信号279包括对应于第三控制信号304及非接触电力传送单元108的次级电流的开关脉冲。此外，第五开关信号277传输到第一开关280且第六开关信号279传输到第二开关282以调节在负载132上的第二DC电压118。
更具体来说，如果第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差大于预定义值，那么第五开关信号277及第六开关信号279分别传输到第一开关280及第二开关282，以启动及停用第一开关280及第二开关282。第五开关信号277及第六开关信号279包括对应于第三控制信号304的开关脉冲的开关脉冲。因此，第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差降低到低于预定义值。
此外，如果第二DC电压118与电压参考值(Voref)之间的差小于预定义值，那么第五开关信号277及第六开关信号279传输到第一开关280及第二开关282以启动及停用第一开关280及第二开关282。第五开关信号277及第六开关信号279包括对应于非接触电力传送单元108的次级电流的开关脉冲。因此，第二转换单元210将输入电力的AC电压114转换成第二DC电压118且将经转换的第二DC电压118供应到电负载132。
同时，电压信号(Vo)128从传感器120传输到第一收发器122。此外，第一收发器122将电压信号(Vo)128传输到第二收发器124，所述电压信号又传输到控制单元206。
控制单元106基于第二DC电压118产生门信号226。此外，控制单元106将门信号226传输到开关220以调整第一转换单元104的开关频率。因此，调节AC电压114，从而又控制在负载132上的第二DC电压118。然而，使用控制单元106对第二DC电压118进行调节在使用控制器302对第二DC电压进行调节之后发生。因此，相比于通过控制单元106调节第二DC电压118，控制器302执行对第二DC电压118的较快调节。
参看图4，描绘说明用于保护根据本发明的实施例的无线电力传送系统的方法400的流程图。在步骤402处，输入电力的第一DC电压通过第一转换单元转换成AC电压。第一转换单元在确定的开关频率下操作以将输入电力的第一DC电压转换成AC电压。
随后，在步骤404处，所述方法包括通过非接触电力传送单元接收且传输具有AC电压的输入电力。非接触电力传送单元将具有第一AC电压的输入电力传输到第二转换单元。此外，在步骤406处，输入电力的AC电压通过第二转换单元转换成第二DC电压。在步骤408处，具有第二DC电压的输入电力从第二转换单元传输到电负载。在一个实施例中，电负载可以是一个或多个电池，所述一个或多个电池使用具有从第二转换单元接收的第二DC电压的输入电力以电气方式充电。
在步骤410处，电负载在当电负载上的第二DC电压大于第一阈值(VoMax)的情况下从非接触电力传送单元断开连接。确切地说，开关单元用于将电负载与非接触电力传送单元断开连接。因此，电负载上的第二DC电压降低到小于第一阈值(VoMax)，借此保护第二转换单元免受过电压影响。如果确定的第二DC电压小于第二阈值(VoMin)，那么开关单元将电负载连接到非接触电力传送单元以继续将具有第二DC电压的电力供应到电负载。
参看图5，描绘说明用于断开及连接根据本发明的实施例的无线电力传送系统中的第二转换单元的方法的流程图。在步骤502处，表示电负载上的第二DC电压的电压信号(Vo)通过传感器传输。更确切地说，传感器将电压信号(Vo)传输到开关单元的控制器。此外，传感器经由第一收发器及第二收发器将电压信号(Vo)传输到控制单元。
在步骤504处，控制器确定表示第二DC电压的电压信号(Vo)是否大于第一阈值(VoMax)。如果表示第二DC电压的电压信号(Vo)大于第一阈值(VoMax)，那么控制器将第一开关信号传输到第一开关且将第二开关信号传输到第二开关以启动或关闭第一开关及第二开关，如步骤506中所描绘。因此，电负载与非接触电力传送单元断开且借此负载上的第二DC电压降低到小于第一阈值(VoMax)。更确切地说，防止第二DC电压达到大于第一阈值(VoMax)的临界值。临界值是大于其第二转换单元可能受到影响的电压值。同时，控制器经由第一收发器及第二收发器将第一控制信号发送到控制单元。
在步骤508处，控制器确定表示第二DC电压的电压信号(Vo)是否小于第二阈值(VoMin)。如果表示第二DC电压的电压信号(Vo)小于第二阈值(VoMin)，那么控制器将第三开关信号发送到第一开关且将第四开关信号发送到第二开关以启动及停用第一开关及第二开关。因此，电负载连接到非接触电力传送单元且AC电压转换成被供应到电负载的第二DC电压，如步骤510中所描绘。
在步骤512处，控制单元接收电压信号(Vo)及第一控制信号。确切地说，控制单元经由第一收发器及第二收发器从传感器接收电压信号(Vo)。控制单元经由第一收发器及第二收发器从控制器接收第一控制信号。
在步骤514处，控制单元在从控制器接收到第一控制信号的情况下停用第一转换单元。停用第一转换单元以防止将输入电力供应到第二转换单元。在步骤516处，控制单元在预定时间段之后经由第一收发器及第二收发器将复位信号传输到控制器。响应于接收到复位信号，控制器产生第三开关信号及第四开关信号。此外，控制器发送第三开关信号及第四开关信号以在正常模式中操作第一开关及第二开关。因此，电负载连接到非接触电力传送单元以经由第二转换单元接收电力。
同时，在步骤518处，控制器经由第一收发器及第二收发器将第二控制信号传输到控制单元。此外，在步骤518处，传感器经由第一收发器及第二收发器将电压信号(Vo)传输到控制单元。在步骤520处，控制单元确定表示第二DC电压的电压信号(Vo)是否小于或等于第一阈值(VoMax)。如果第二DC电压小于或等于第一阈值(VoMax)，那么控制单元传输门信号以启动第一转换单元。因此，输入电力经由非接触电力传送单元供应到第二转换单元。此外，电负载从第二转换单元接收具有第二DC电压的电力。因此，保护无线电力传送单元中的一个或多个组件免受负载上的第二DC电压的增大影响。另一方面，如果第二DC电压仍大于第一阈值(VoMax)，那么控制单元继续停用第一转换单元且在预定时间段之后发送另一复位信号以验证第二DC电压是否小于或等于第一阈值(VoMax)。如果第二DC电压在发送了确定数量的复位信号之后大于第一阈值(VoMax)，那么控制单元可关闭或停用电力传送系统。根据本文中所论述的示范性实施例，当断开负载时，示范性系统及方法促进保护无线电力传送系统中的一个或多个组件。此外，当断开负载时，示范性系统及方法促进控制或调节输出电压。因此，在不将系统中的组件彼此断开的情况下保护系统中的一个或多个组件。
参看图6，描绘根据本发明的一个实施例的无线电力传送系统300的示意性表示。无线电力传送系统600类似于图3的无线电力传送系统300，其例外之处在于开关单元612的控制器622经配置以调节或控制第二转换单元110的第二DC电压118(输出电压)及电流604(输出电流)。并且，在此实施例中，电池602可作为电负载横跨第二转换单元110进行连接。电池602可通过由第二转换单元110提供的第二DC电压118充电。
在此实施例中，在为电池602充电时，控制器622可控制或调节提供到电池602的输出电流604以及第二DC电压118。在一个实例中，如果电池602是铅酸电池，那么控制器622可首先调节输出电流604直到将电池充电到预定义值为止。此外，控制器622可调节第二DC电压118，直到电池充满电为止。为易于理解，在以下描述中电池602被视为铅酸电池。
在操作期间，在为电池602充电时，控制器622可监视输出电流604以及第二DC电压118。如果电池602中的电荷低于或等于预定值，那么控制器622可控制或调节电流，使得恒定输出电流604被提供到电池602以为电池602充电。在一个实例中，预定值可以是电池的满充容量的80％。具体来说，控制器622可从电流传感器606接收表示输出电流604的信号。此外，控制器622可比较输出电流604与电流参考值(Io ref)以产生开关信号S1及S2608、610，所述开关信号具有对应开关脉冲。这些开关信号S1及S2608、610被提供到开关280、282以调节用于为电池602充电的输出电流604。
此外，如果电池602中的电荷高于预定值。控制器622可控制或调节第二DC电压118，使得提供恒定第二DC电压以为电池602充电。具体来说，控制器622可从电压传感器120接收表示第二DC电压118的信号。此外，控制器622可比较第二DC电压118与电压参考值(Voref)以产生具有对应开关脉冲的开关信号S1及S2608、610。这些开关信号S1及S2608、610被提供到开关280、282以调节第二DC电压118，提供所述第二DC电压以为电池602充电。可注意到，控制器622可基于连接到第二转换单元110的电池的类型调节电压及/或电流。在一个实施例中，控制器622可首先调节第二DC电压118直到将电池充电到预定值为止。此外，控制器622可调节输出电流604直到电池充满电为止。
虽然本文中仅说明且描述本发明的某些特征，但所属领域的技术人员将进行许多修改及改变。因此，应理解，所附权利要求书旨在涵盖属于本发明的真实精神内的所有此类修改及改变。

Claims (18)

1.一种供与无线电力传送器一起使用的无线电力接收器，所述无线电力传送器具有第一转换单元，所述第一转换单元将具有第一DC电压的输入电力转换成AC电压，并且经由初级线圈传送所述输入电力，所述无线电力接收器包括:
次级线圈，所述次级线圈被配置成从所述初级线圈接收具有所述AC电压的所述输入电力；
第二转换单元，所述第二转换单元被配置成将所述输入电力的所述AC电压转换成第二DC电压，并且将具有所述第二DC电压的所述输入电力提供给电负载；
电压传感器，所述电压传感器电耦合到所述电负载，并且被配置成确定跨所述电负载的所述第二DC电压；
开关单元，包括:
第一开关，所述第一开关电耦合在所述第二转换单元的第一分支中；
第二开关，所述第二开关电耦合在所述第二转换单元的第二分支中；和
控制器，所述控制器电耦合到所述第一开关和所述第二开关，并且被配置成
如果跨所述电负载的所述第二DC电压大于第一阈值，则激活所述第一开关和所述第二开关以将所述电负载从所述次级线圈去耦，
如果所述第二DC电压和电压参考值之间的差高于预定值，则调节跨所述电负载的所述第二DC电压，
当跨所述电负载的所述第二DC电压大于所述第一阈值时，生成第一控制信号，以及
当跨所述电负载的所述第二DC电压小于第二阈值时，生成第二控制信号；以及
第一收发器，被配置成:
从所述控制器接收所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个控制信号，以及
将所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个控制信号传送到所述无线电力传送器的第二收发器。
2.根据权利要求1所述的无线电力接收器，其中，所述次级线圈被配置成磁性耦合到所述初级线圈，并且其中所述初级线圈被配置成从所述第一转换单元接收初级电流，且所述次级线圈被配置成将次级电流传送到所述第二转换单元。
3.根据权利要求2所述的无线电力接收器，其中，所述控制器还被配置成:
基于所述第一控制信号生成第一开关信号和第二开关信号；以及
发送所述第一开关信号和所述第二开关信号，以分别激活所述第一开关和所述第二开关，以便短路所述次级线圈。
4.根据权利要求3所述的无线电力接收器，其中，所述控制器还被配置成:
从电流传感器接收代表所述次级线圈的所述次级电流的电流信号；
基于所述第二控制信号和所述次级电流生成第三开关信号和第四开关信号，其中所述第三开关信号和所述第四开关信号彼此互补；以及
将所述第三开关信号和所述第四开关信号分别发送到所述第一开关和所述第二开关，以将所述电负载耦合到所述次级线圈。
5.根据权利要求4所述的无线电力接收器，其中，所述第三开关信号和所述第四开关信号中的每个包括与所述次级线圈的所述次级电流对应的多个开关脉冲。
6.根据权利要求5所述的无线电力接收器，其中，所述控制器还被配置成:
如果所述第二DC电压和所述电压参考值之间的差高于预定值，则生成具有预定占空比的第三控制信号；
基于所述第三控制信号和所述次级线圈的所述次级电流生成第五开关信号和第六开关信号，其中所述第五开关信号和所述第六开关信号彼此互补；以及
将所述第五开关信号和所述第六开关信号分别发送到所述第一开关和所述第二开关，以将所述电负载耦合到所述次级线圈，并且调节跨所述电负载的所述第二DC电压。
7.根据权利要求1所述的无线电力接收器，还包括所述第一收发器，所述第一收发器电耦合到所述电压传感器且被配置成:
接收代表由所述电压传感器测量的跨所述电负载的所述第二DC电压的电压信号；
将所述电压信号传送到所述无线电力传送器的所述第二收发器。
8.根据权利要求7所述的无线电力接收器，其中，所述第一控制信号被配置成使所述无线电力传送器去激活所述第一转换单元。
9.根据权利要求7所述的无线电力接收器，其中，所述第二控制信号被配置成使所述无线电力传送器基于代表跨所述电负载的所述第二DC电压的电压信号来调整所述第一转换单元的开关频率。
10.根据权利要求9所述的无线电力接收器，其中，所述开关频率被调整以调节跨所述电负载的所述第二DC电压。
11.根据权利要求7所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成经由所述第二收发器和所述第一收发器从所述无线电力传送器接收复位信号。
12.根据权利要求11所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成如果接收到所述复位信号，则生成所述第二控制信号。
13.根据权利要求1所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成基于所述电负载中的电荷来调节跨所述电负载的电流、所述第二DC电压或两者。
14.一种用于操作供与无线电力传送器一起使用的无线电力接收器的方法，所述无线电力传送器具有第一转换单元，所述第一转换单元将具有第一DC电压的输入电力转换成AC电压，并且经由初级线圈传送所述输入电力，所述方法包括:
由次级线圈从初级线圈接收具有所述AC电压的所述输入电力；
由第二转换单元将所述输入电力的所述AC电压转换成第二DC电压
把来自所述第二转换单元的具有所述第二DC电压的所述输入电力提供给电负载；
如果跨所述电负载的所述第二DC电压大于第一阈值，则通过开关单元将所述电负载从所述次级线圈去耦合，其中将所述电负载去耦合包括激活第一开关和第二开关，所述第一开关电耦合在所述第二转换单元的第一分支中，并且所述第二开关电耦合在所述第二转换单元的第二分支中；
当跨所述电负载的所述第二DC电压大于所述第一阈值时，由所述无线电力接收器的第一收发器向无线电力传送器的第二收发器传送第一控制信号；以及
当跨所述电负载的所述第二DC电压小于第二阈值时，由所述第一收发器传送第二控制信号。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括如果所述第二DC电压和电压参考值之间的差高于预定值，则由所述开关单元调节跨所述电负载的所述第二DC电压。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述电负载去耦合还包括:
由电压传感器确定跨所述电负载的所述第二DC电压；以及
如果所确定的第二DC电压大于所述第一阈值，则由控制器激活所述第一开关和所述第二开关，以将所述电负载从所述次级线圈去耦合。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括如果所确定的第二DC电压小于第二阈值，则去激活所述第一开关和所述第二开关中的一个开关，并且激活所述第一开关和所述第二开关中的另一个开关，以将所述电负载耦合到所述次级线圈。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一控制信号被配置成使所述无线电力传送器去激活所述第一转换单元，并且其中所述第二控制信号被配置成使所述无线电力传送器基于跨所述电负载的所述第二DC电压来调节所述第一转换单元的开关频率。
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