ES2826433T3 - Aparato sintonizador y rectificador para receptor de transferencia de potencia inalámbrica - Google Patents
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Abstract
Un circuito sintonizador y rectificador para receptor de transferencia de potencia inalámbrica, que comprende: - un tanque resonante de receptor que comprende una bobina de recepción (LRx) enlazada mediante flujo magnético generado por una bobina de transmisión externa, y uno o más elementos capacitivos (CRx), en donde la bobina de recepción (LRx) y el uno o más elementos capacitivos (CRx) están todos conectados en paralelo; y - un sintonizador sin puente y circuito rectificador, que comprende: (a) un inductor (LDC) configurado para procesar energía eléctrica y acoplado entre una primera red de conmutación (SC1, Sc2) y una segunda red de conmutación (SD1, SD2); (b) estando configurada la primera red de conmutación (SC1, SC2) para intercambiar energía entre el tanque resonante de receptor y el inductor (Ldc), y estando configurada la segunda red de conmutación (SD1, SD2) para intercambiar energía entre el inductor (LDC) y una red de regulación de energía; (c) comprendiendo la red de regulación de energía uno o más elementos de almacenamiento de energía (Cbuff, Cbuff1, Cbuff2), para suministrar una carga acoplada a los terminales de la red de regulación de energía; y (d) un circuito de control de conmutador para controlar la primera red de conmutación (SC1, SC2) y la segunda red de conmutación (SD1, SD2); caracterizado por que el inductor (LDC) es un único inductor (LDC) y el circuito de control de conmutador está configurado para: (i) retardar de manera adaptativa la conmutación de la primera red de conmutación (SC1, SC2) para un retardo de tiempo adaptativo que está sincronizado con el inicio de cualquiera de un ciclo positivo o ciclo negativo de la tensión de tanque resonante de receptor para sintetizar una inductancia reactiva variable; (ii) a continuación activar la primera red de conmutación (SC1, SC2) para acoplar el tanque resonante de receptor al inductor único (LDC); y (iii) a continuación activar la segunda red de conmutación (SD1, SD2) para acoplar el inductor único (LDC) a la red de regulación de energía, mediante el cual el retardo de tiempo adaptativo y la activación de la primera y segunda redes de conmutación (SC1, SC2; SD1, SD2) llevan a cabo sintonización adaptativa del circuito resonante de receptor así como rectificación de energía usando uno y el mismo único inductor (LDC).
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato sintonizador y rectificador para receptor de transferencia de potencia inalámbrica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a transferencia de potencia inalámbrica y receptores de transferencia de potencia inalámbrica, y, más específicamente, a un sintonizador y rectificador sin puente en una estructura de circuito compacto.
Antecedentes técnicos y técnica relacionada
La transferencia de potencia inalámbrica de resonancia magnética (WPT) se ha vuelto una tecnología fiable para suministro de potencia sin contacto para una amplia gama de aplicaciones. La WPT abarca un campo amplio de aplicaciones que varían de nuevos sensores de baja potencia de milivatios hasta vehículos eléctricos de alta potencia de decenas de kilovatios. En sistemas de WPT, se les da energía a unas bobinas de transmisión mediante una corriente alterna que produce un flujo magnético que está enlazado a una o más otras bobinas de recepción que están conectadas a cualquier carga estacionaria o en movimiento. Para mejorar la eficacia de enlaces de WPT mientras se extiende la distancia de suministro de potencia, se crean unas bobinas resonantes en los lados de transmisor y receptor compensando las bobinas usando elementos capacitivos conectados en serie o paralelo con las bobinas correspondientes. Los circuitos resonantes de transmisor y receptor deben sintonizarse a la misma frecuencia de operación para asegurar una transmisión de potencia máxima en la eficacia más alta posible.
Un problema común en sistemas de WPT magnéticos son los problemas de estabilidad y sensibilidad cuando los circuitos resonantes de transmisión y recepción están diseñados para operación de factor de calidad (Q) alta. Se ha mostrado que cuanto más alto es el factor de calidad, mayor potencia máxima podría suministrarse a la carga. Por otra parte, un receptor de WPT de Q alta implica características resonantes selectivas altas que hacen al tanque resonante vulnerable a cualquier desajuste pequeño. Las causas de desajuste incluyen, pero sin limitación, desviaciones de frecuencia, variaciones de parámetro de circuito debido a tolerancia de componentes o efectos ambientales, dispositivos de proximidad metálicos o de radiación y alineación incorrecta entre bobinas. Cualquier fuente de desajuste deterioraría el rendimiento de receptores de WPT de Q alta y la capacidad de transferencia de potencia se degradaría enormemente. Para posibilitar el empleo de receptores de WPT resonante de Q alta, los receptores tienen que equiparse mediante un dispositivo para compensar los efectos potenciales de desajuste.
Las soluciones para este problema incluyen la adición de un elemento reactivo variable al tanque de receptor de WPT que podría usarse para sintonización. Este enfoque se ha descrito en la Patente de Estados Unidos N.° 8.093.758, donde se ha añadido un inductor al receptor para sintonizar o desintonizar el circuito resonante dinámicamente de acuerdo con las condiciones de carga. Sin embargo, este enfoque se ha aplicado para el fin de reducir las pérdidas del convertidor de potencia de receptor a cargas ligeras. Además, se requiere un puente de rectificación. Otro enfoque en la Patente de Estados Unidos N.° 8.183.938 desvela una reactancia de variable realizada en una realización por un inductor de núcleo saturable donde se controla el valor de inductancia variando una corriente de polarización para controlar el nivel de potencia de salida. Sin embargo, el sistema desvelado se usa para rastrear la condición de sintonización del sistema mientras que se requiere un circuito de potencia separado para rectificación y regulación de la potencia de salida.
Otro enfoque planteado en la Patente de Estados Unidos N.° 9.236.771 donde una pluralidad de condensadores variables están acoplados o desacoplados del tanque resonante a través de una pluralidad de conmutadores para modificar la frecuencia de resonancia del tanque resonante. Sin embargo, este enfoque requiere un gran número de condensadores y conmutadores aún con capacidades de sintonización limitadas.
Otro ejemplo que usa un inductor que emula una inductancia reactiva variable podría hallarse en la publicación científica "Transferred Power Control for ICPT Pick-ups Utilizing Dynamically Switched Inductor" (Energy procedia vol.
16, 1 de enero de 2012) f
Sumario de la invención
Esta invención se pretende para posibilitar el empleo de receptores de WPT resonantes de Q alta mientras se consigue una sintonización automática para el circuito resonante con un inductor central acoplado entre dos redes de conmutación mientras que se consigue la rectificación de la corriente alterna para cargar una regulación de salida usando el mismo circuito. Una estructura de circuito compacto está configurada para: detectar la condición de sintonización del tanque de receptor de WPT y generar de manera adaptativa un periodo de tiempo sincronizado con respecto a los ciclos positivo y negativo; acoplar el inductor con el circuito resonante para cargar el inductor de la tensión resonante durante una primera porción de tiempo; y acoplar el inductor entre el tanque resonante y la regulación de energía de salida para reactivar la energía del tanque resonante a la regulación de salida durante una segunda porción de tiempo.
La invención también comprende un circuito de control de conmutador que detecta uno o más parámetros del circuito
resonante de receptor y responde generando un periodo de tiempo adaptativo en consecuencia; esperar dicho periodo de tiempo y a continuación conmutar a uno o más conmutadores de la primera red de conmutación para acoplar al circuito resonante de receptor durante una primera porción de tiempo; y conmutar uno o más conmutadores de la segunda red de conmutación para acoplar el inductor central entre el circuito resonante de receptor y la regulación de salida durante una segunda porción de tiempo.
En otro aspecto, la invención desvela una de las realizaciones preferidas, en donde el circuito resonante de receptor se acopla entre un primer nodo y un segundo nodo. Un inductor acoplado entre un tercer nodo y un cuarto nodo. Una primera red de conmutación, comprende: un primer conmutador acoplado entre el primer nodo y el tercer nodo; y un segundo conmutador acoplado entre el cuarto nodo y el segundo nodo. Una segunda red de conmutación comprende: un primer conmutador acoplado entre el cuarto nodo y quinto nodo; y un segundo conmutador acoplado entre el tercer nodo y quinto nodo. Una red de regulación de energía comprende al menos un elemento de regulación de energía acoplado entre el quinto nodo y el segundo nodo. Un circuito de control de conmutador configurado para detectar la tensión o corriente o ambas del circuito resonante de receptor y responder cerrando un conmutador o más de la primera y segunda redes de conmutación después de un periodo de tiempo adaptativo sincronizado con sus respectivos ciclos de la tensión resonante de receptor.
Este aspecto incluye la espera del transcurso del periodo de tiempo adaptativo generado por el circuito de control de conmutador durante el ciclo positivo de la tensión resonante, a continuación el inductor está acoplado entre el primer y el segundo nodo cerrando el primer y el segundo conmutadores de la primera red de conmutación durante una primera porción de tiempo fija o variable. En dicha primera porción de tiempo, el inductor carga desde la tensión resonante de receptor. A continuación, se abre el segundo conmutador de la primera red de conmutación y se cierra el primer conmutador de la segunda red de conmutación para acoplar el inductor entre el tercer y el cuarto nodos durante una segunda porción de tiempo fija o variable. En dicha segunda porción de tiempo, se da energía a la regulación de energía de salida desde el circuito resonante de receptor y el inductor. Esta secuencia se repite durante el ciclo negativo de la tensión resonante, donde el primer y segundo conmutadores de la primera red de conmutación están cerrados para cargar el inductor con una corriente negativa, y a continuación se abre el primer conmutador de la primera red de conmutación y se cierra el segundo conmutador de la segunda red de conmutación para dar energía a la regulación de energía de salida del inductor durante una segunda porción de tiempo.
En un aspecto adicional de la invención, otra realización de la invención es un circuito resonante de receptor acoplado entre un primer nodo y segundo nodo. Un inductor acoplado entre un primer nodo y un tercer nodo. Una primera red de conmutación, comprende: un conmutador acoplado entre el tercer nodo y el segundo nodo. Una segunda red de conmutación, comprende: un primer conmutador acoplado entre el tercer nodo y cuarto nodo; y un segundo conmutador acoplado entre el tercer nodo y quinto nodo. Una red de regulación de energía, comprende: una primera regulación de energía acoplada entre el cuarto nodo y el segundo nodo; y una segunda regulación de energía acoplada entre el segundo nodo y el quinto nodo. Un circuito de control de conmutador configurado para detectar la tensión o corriente o ambas del circuito resonante de receptor y responder cerrando un conmutador o más de la primera y segunda redes de conmutación después de un periodo de tiempo adaptativo sincronizado con sus respectivos ciclos de la tensión resonante de receptor.
Este aspecto incluye espera para el transcurso del periodo de tiempo adaptativo generado por el circuito de control de conmutador durante el ciclo positivo de la tensión resonante, a continuación se acopla el inductor entre el primer y el segundo nodo cerrando el conmutador de la primera red de conmutación durante una primera porción de tiempo fija o variable. En dicha primera porción de tiempo, el inductor carga desde la tensión resonante de receptor. A continuación, se abre el conmutador de la primera red de conmutación y se cierra el primer conmutador de la segunda red de conmutación para acoplar el inductor entre el tercer y el cuarto nodos durante una segunda porción de tiempo fija o variable. En dicha segunda porción de tiempo, se da energía a la primera regulación de energía de salida desde el circuito resonante de receptor y el inductor. Esta secuencia se repite durante el ciclo negativo de la tensión resonante, donde el conmutador de la primera red de conmutación está cerrado para cargar el inductor con una corriente negativa, y a continuación se abre el conmutador de la primera red de conmutación y se cierra el segundo conmutador de la segunda red de conmutación para dar energía a la segunda regulación de energía desde la tensión resonante de receptor y el inductor durante una segunda porción de tiempo. La invención puede consistir también de manera amplia en cualesquiera nuevas partes, elementos y características a las que se hace referencia en el presente documento, de manera individual o colectiva, en cualquiera o todas las combinaciones de dichas partes, elementos o características.
Breve descripción de las figuras de los dibujos
- La Figura 1 muestra un diagrama esquemático para una realización conocida de control de flujo de potencia en receptores de WPT.
- La Figura 2 es un diagrama de bloques que muestra un receptor de WPT conectado al dispositivo sintonizador y rectificador de la divulgación.
- La Figura 3 es un diagrama esquemático de una realización que muestra el dispositivo sintonizador y rectificador
desvelado.
- La Figura 4 es un diagrama esquemático que muestra otra realización de un dispositivo sintonizador y rectificador.
- La Figura 5 muestra un diagrama de bloques del control de una de las realizaciones preferidas.
- La Figura 6 muestra la tensión de tanque resonante y la correspondiente corriente en el inductor de la realización en la Figura 3 mientras que muestra la tensión de corriente directa de la regulación de salida.
- La Figura 7 muestra un gráfico de la inductancia de variable equivalente frente al retardo de tiempo y la resistencia de ca equivalente frente al mismo retardo de tiempo.
Descripción de las realizaciones preferidas
Haciendo referencia a los dibujos, las realizaciones preferidas de la invención se describen en detalle. La Figura 2 muestra el diagrama de bloques de un receptor de WPT acoplado a un dispositivo sintonizador y rectificador que puede considerarse como una realización general para la invención. En general, el receptor de WPT comprende: un tanque resonante de receptor de WPT acoplado entre un primer nodo y un segundo nodo; un inductor central Ld c acoplado entre un tercer nodo y un cuarto nodo; una red de regulación de energía acoplada entre un quinto nodo y un sexto nodo; una primera red de conmutación que tiene dos puertos y el primer puerto está acoplado entre el primer y el segundo nodos, mientras que el segundo puerto está acoplado entre el tercer y el cuarto nodos; una segunda red de conmutación que tiene dos puertos y el primer puerto está acoplado entre el tercer y el cuarto nodos, mientras que el segundo puerto está acoplado entre el quinto y el sexto nodos; y un circuito de control de conmutador que detecta uno o más parámetros del tanque resonante de receptor de WPT y responde controlando los conmutadores de la primera o la segunda redes de conmutación.
La primera red de conmutación o la primera red de conmutación en la Figura 2 pueden contener uno o más conmutadores. El inductor central Ld c que tiene dos terminales acoplados entre las primeras redes de conmutación y las segundas redes de conmutación, en donde el inductor Ld c puede acoplarse a los terminales del circuito resonante de receptor o acoplarse a los terminales de la red de regulación de energía o acoplarse entre el circuito resonante de receptor y la red de regulación de energía.
En la operación, el circuito de control de conmutador en la Figura 2 puede detectar uno o más parámetros del circuito resonante de receptor para rastrear la condición de sintonización del circuito resonante de receptor. El controlador, en respuesta a la condición de sintonización del tanque resonante de receptor, puede responder cerrando uno o más conmutadores de la primera red de conmutación o la segunda red de conmutación o ambas de ellas. En consecuencia, el inductor central Ld c puede acoplarse al tanque resonante de receptor o entre el tanque resonante de receptor y la red de regulación de energía. Aunque el inductor central Ld c está acoplado al tanque resonante de receptor, el inductor carga con una corriente positiva o una corriente negativa de acuerdo con la polaridad de la tensión de tanque resonante de receptor.
El circuito de control de conmutador rastrea la condición de sintonización del circuito resonante de receptor y responde aplicando un retardo de tiempo adaptativo que está sincronizado con el inicio de cualquiera de un ciclo positivo o ciclo negativo de la tensión resonante de receptor. A continuación, después del transcurso del retardo de tiempo, los conmutadores de la primera red de conmutación o la segunda red de conmutación están posibilitados para acoplar el inductor central al tanque resonante de receptor o la red de regulación de energía. El retardo de tiempo adaptativo aplicado por el circuito de control de conmutador permite la síntesis de una reactancia variable para acoplarse en paralelo con el tanque de receptor de WPT. En consecuencia, la estructura desvelada permite la sintonización adaptativa del circuito resonante de receptor así como la rectificación de energía usando un único inductor central Ldc.
La Figura 3 muestra una realización de la invención que incluye un aparato para la sintonización y rectificación y un receptor de WPT. La topología del receptor de WPT comprende una bobina de recepción Lrx compensada por un condensador Crx en paralelo, a partir de la misma se constituye un tanque resonante paralelo. El aparato de sintonización y rectificación está conectado en paralelo con el tanque resonante de receptor.
En la Figura 3, el aparato de sintonización y rectificación comprende un único inductor Ld c, y cuatro conmutadores (Sc i , Sc 2, Sd1, y Sd2) y un condensador de salida Cout que representa una regulación de energía. Los conmutadores se usan para controlar la carga y descarga del inductor Ld c conectando el inductor Ld c a cualquiera del circuito resonante de receptor o a la regulación de energía Cout o entre ambos de ellos. Haciendo referencia a la misma figura, el aparato incluye un circuito de control de conmutador que detecta uno o más parámetros de circuito del tanque resonante de receptor y produce la activación de señales de puertas de los cuatro conmutadores.
En la operación, el circuito de control de conmutador rastrea la condición de sintonización del tanque resonante de receptor, de acuerdo con los parámetros detectados, y a continuación el inicio de la secuencia de conmutación después del transcurso de un retardo de tiempo adaptativo. A continuación, los conmutadores Sc i y Sc 2 están acoplados durante una primera porción de tiempo posibilitando su activación de las señales de puertas, de los mismo,
el inductor Ld c está acoplado en paralelo con el receptor resonante. Durante dicha primera porción de tiempo, el inductor carga con una corriente que sale o entra en el circuito resonante de receptor de acuerdo con un ciclo positivo o ciclo negativo de la tensión de tanque resonante de receptor. La primera porción de tiempo puede ser un tiempo controlado o no controlado. Después de eso, durante una segunda porción de tiempo, se abre el conmutador Sc 2 y se cierra el conmutador Sdi para dirigir la energía a la regulación de energía Cout. Dicha segunda porción de tiempo el inductor está acoplado entre el tanque resonante de receptor y la regulación de energía Cout, en donde la segunda porción de tiempo puede estar controlada (o no controlada). La implementación de conmutadores (Sc -i , Sc2, Sd1 , y Sd2) puede realizarse por cualquier tecnología de semiconductores, tal como MOSFET, IGBT, o cualquier otra tecnología de semiconductores que asegura un rendimiento de conmutación rápido mientas las pérdidas se mantienen bajas de manera que se garantiza un rendimiento óptimo.
La Figura 4 muestra un aparato sintonizador y rectificador de acuerdo con otra realización de la invención que incluye un receptor de WPT que comprende una bobina de recepción Lrx compensada por un condensador Crx en paralelo, a partir de la misma se constituye un tanque resonante paralelo. El aparato de sintonización y rectificación comprende un único inductor Ld c, y cuatro conmutadores (Sc i , Sd i, y Sd2) y dos condensadores de salida Cbuffi y Cbuff2 que representan la red de regulación de energía. El conmutador Sc i controla la carga del inductor Ldc del tanque resonante de receptor mientras que los conmutadores Sdi y Sd2 controla la anulación de suministro de energía del inductor Ld c mientras que la energía se rectifica a uno de los condensadores de salida. Un circuito de control de conmutador que detecta uno o más parámetros de circuito del tanque resonante de receptor y responde mediante el conmutador de manera selectiva Sc i , Sd i, y Sd2 en consecuencia a través de la activación de señales de puertas.
El circuito de control de conmutador en la Figura 4 rastrea la condición de sintonización del tanque resonante de receptor detectando uno o más parámetros que incluyen una tensión o corriente o ambas de ellas. Para ajustar la parte reactiva sintetizada por el circuito, el circuito de control de conmutador responde generando un retardo de tiempo adaptativo para retardar el acoplamiento del inductor Ld c al circuito resonante de receptor. Se ha hallado que retardar la salida de corriente del tanque resonante de receptor con respecto a la tensión del tanque de receptor sintetiza una carga de reactancia inductiva en el tanque resonante de receptor. La reactancia inductiva sintetizada es una función del retardo de tiempo después de la cual el inductor Ld c se acopla al tanque resonante de receptor. En general, el circuito de control de conmutador rastrea de manera adaptativa la condición de sintonización del tanque resonante de receptor y responde aumentando o reduciendo el retardo de tiempo para sintetizar una reactancia inductiva variable para resintonizar el tanque de receptor.
En un ciclo positivo de la tensión resonante de receptor, el circuito de control de conmutador retarda la conmutación para un retardo de tiempo adaptativo, a continuación acopla el inductor Ld c al tanque de receptor cerrando el conmutador Sc i para cargar el inductor durante una primera porción de tiempo. Al final de la primera porción de tiempo que puede estar controlada (o no controlada), se abre el conmutador Sc i y se cierra el conmutador Sdi durante una segunda porción de tiempo, en donde el inductor Ld c se acopla entre el tanque resonante de receptor y el primer condensador de salida Cbuffi para rectificar la energía a la salida.
La misma secuencia de conmutación se sigue durante el ciclo negativo de la tensión resonante de receptor, después del transcurso del retardo de tiempo adaptativo, el inductor Ldc se acopla al tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo. La segunda porción de tiempo se inicia abriendo el conmutador Sc i y cerrando el conmutador Sd2 para acoplar el inductor Ldc entre el tanque resonante de receptor y el segundo condensador de salida Cbuff2 para rectificar una segunda porción de la energía de tanque de receptor. La tensión de salida rectificada final puede ser la suma de la tensión de Cbuffi y Cbuff2en donde la carga puede acoplarse entre los dos condensadores.
La Figura 5 ilustra el aparato sintonizador y rectificador en la realización de la Figura 3 en donde el circuito de control de conmutador puede sustituirse por una realización mostrada en la figura. Una realización basada en MOFSET posible para los conmutadores Sc i , Sc 2, Sdi y Sd2 también se indica en el diagrama esquemático. La realización de los conmutadores mostrados en la figura puede considerarse como una realización ejemplar, los conmutadores de la misma pueden realizarse con una tecnología diferente sin alejarse del alcance de la invención. El circuito de control de conmutador, en la Figura 5, comprende un detector de fase, filtro de paso bajo, amplificador de error (EA), bucle de enganche de fase (PLL), comparador y bloque de puertas. El enfoque de control está diseñado basándose en la detección de la tensión de tanque resonante de receptor vac y la corriente resonante iac, en donde el bucle de control asegura que vac retarda la corriente resonante iac en 90°, por lo que se alcanza la condición de tanque de receptor completamente sintonizado. La salida del detector de fase que representa la diferencia de fase entre vac e iac puede compararse a una tensión de referencia fija Ve que corresponde a un retardo de fase de 90°. A continuación, el nivel de cc que proviene del amplificador de error se compara con un diente de sierra para producir el valor del retardo de tiempo a.
El sistema completo que incluye la realización de la invención y el control ejemplar mostrado en la Figura 5 se simula para ilustrar la operación. Las formas de onda de simulación en la Figura 6 muestran la tensión de tanque resonante de receptor vac, la corriente resonante de receptor iac, la señal de salida de control Vctri, la señal de diente de sierra Vst, las señales de puertas de Sc i y Sc 2, y la corriente de inductor íl d c . De acuerdo con la operación anteriormente mencionada, la señal de salida de control Vctrl, se compara con la señal de diente de sierra Vst para dar como resultado el valor de tiempo de retardo correcto a que corresponde a una inductancia sintetizable específica La. Dicha inductancia
sintetizable La es necesaria para asegurar que el tanque resonante de receptor esté sintonizado completamente.
La Figura 7 muestra la relación entre la inductancia sintetizable equivalente La y la inductancia Ldc (Lc/ ídc) frente al retardo de tiempo a en radianes. Es evidente que la inductancia sintetizable equivalente La aumenta monotónicamente a medida que aumenta el retardo de tiempo a través de un intervalo amplio entre 2x a más de 12x de la inductancia real usada Ldc. Además, la misma figura muestra la representación de la relación entre la resistencia de ca equivalente Ra y la resistencia de carga de salida Rl frente al retardo de tiempo a en radianes. Se muestra que Ra también es una función del retardo de tiempo a en donde el efecto podría observarse como una variación en la potencia de salida del circuito receptor de WPT, sin embargo si se controla la primera porción de tiempo para cambiar el inductor Ldc, el valor de Ra podría adaptarse en consecuencia hacia un valor constante que corresponde a una potencia de salida constante.
Claims (7)
1. Un circuito sintonizador y rectificador para receptor de transferencia de potencia inalámbrica, que comprende:
- un tanque resonante de receptor que comprende una bobina de recepción (Lrx) enlazada mediante flujo magnético generado por una bobina de transmisión externa, y uno o más elementos capacitivos (Crx), en donde la bobina de recepción (Lrx) y el uno o más elementos capacitivos (Crx) están todos conectados en paralelo; y - un sintonizador sin puente y circuito rectificador, que comprende:
(a) un inductor (Ldc) configurado para procesar energía eléctrica y acoplado entre una primera red de conmutación (Sc i , Sc2) y una segunda red de conmutación (Sd1, Sd2);
(b) estando configurada la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) para intercambiar energía entre el tanque resonante de receptor y el inductor (Ldc), y estando configurada la segunda red de conmutación (Sd i, Sd2) para intercambiar energía entre el inductor (Ldc) y una red de regulación de energía;
(c) comprendiendo la red de regulación de energía uno o más elementos de almacenamiento de energía (Cbuff, Cbuffi, Cbuff2), para suministrar una carga acoplada a los terminales de la red de regulación de energía; y (d) un circuito de control de conmutador para controlar la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) y la segunda red de conmutación (Sd i, Sd2);
c a ra c te r iz a d o p o r q u e el inductor (Ldc) es un único inductor (Ldc) y el circuito de control de conmutador está configurado para:
(i) retardar de manera adaptativa la conmutación de la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) para un retardo de tiempo adaptativo que está sincronizado con el inicio de cualquiera de un ciclo positivo o ciclo negativo de la tensión de tanque resonante de receptor para sintetizar una inductancia reactiva variable;
(ii) a continuación activar la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) para acoplar el tanque resonante de receptor al inductor único (Ldc); y
(iii) a continuación activar la segunda red de conmutación (Sd i, Sd2) para acoplar el inductor único (Ldc) a la red de regulación de energía,
mediante el cual el retardo de tiempo adaptativo y la activación de la primera y segunda redes de conmutación (Sc i , Sc 2; Sd i, Sd2) llevan a cabo sintonización adaptativa del circuito resonante de receptor así como rectificación de energía usando uno y el mismo único inductor (Ldc).
2. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación i, en donde el circuito de control de conmutador está configurado adicionalmente para:
- detectar una o más tensiones o corrientes en el tanque resonante de receptor para rastrear un estado completamente sintonizado del tanque resonante de receptor;
- esperar el transcurso del retardo de tiempo adaptativo después del inicio del ciclo positivo de la tensión de tanque resonante de receptor;
- cerrar uno o más conmutadores de la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) para acoplar eléctricamente el inductor único (Ldc) en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo positivo de la tensión resonante de receptor, permitiendo que el inductor único (Ldc) se cargue con una corriente positiva;
- mantener el uno o más conmutadores de la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) cerrados y cerrar uno o más conmutadores de la segunda red de conmutación (Sd i, Sd2) durante una segunda porción de tiempo del ciclo positivo, permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople entre el tanque resonante de receptor y la red de regulación de energía;
- esperar el transcurso del mismo retardo de tiempo adaptativo después del inicio del ciclo negativo de la tensión de tanque resonante de receptor;
- cerrar uno o más conmutadores de la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) para acoplar eléctricamente el inductor único (Ldc) en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo negativo de la tensión resonante de receptor, permitiendo que el inductor único (Ldc) se cargue con una corriente negativa; y
- mantener el uno o más conmutadores de la primera red de conmutación (Sc i , Sc 2) cerrados, y cerrar uno o más conmutadores de la segunda red de conmutación (Sd i, Sd2) durante una segunda porción de tiempo del ciclo negativo, permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople entre el tanque resonante de receptor y la red de regulación de energía.
3. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación i, en donde:
- el tanque resonante de receptor está acoplado entre un primer nodo y un segundo nodo;
- el inductor único (Ldc) está acoplado entre un tercer nodo y un cuarto nodo;
- la primera red de conmutación, comprende:
(a) un primer conmutador (Sc i) acoplado entre el primer nodo y el tercer nodo; y
(b) un segundo conmutador (Sc2) acoplado entre el cuarto nodo y el segundo nodo,
- la segunda red de conmutación comprende:
(a) un primer conmutador (Sd-i) acoplado entre el cuarto nodo y un quinto nodo; y
(b) un segundo conmutador (Sd2) acoplado entre el tercer nodo y el quinto nodo,
- el uno o más elementos de almacenamiento de energía (Cbuff) de la red de regulación de energía están acoplados entre el quinto nodo y el segundo nodo, y
y en donde el circuito de control de conmutador está configurado para:
- rastrear el estado completamente sintonizado del tanque resonante de receptor generando un periodo de tiempo adaptativo,
- mantener todos los conmutadores abiertos durante dicho periodo de tiempo adaptativo;
- cerrar el primer y segundo conmutadores (Sc i, Sc2) de la primera red de conmutación permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo positivo de la tensión resonante de receptor; y
- acoplar el inductor único (Ldc) entre el tanque resonante de receptor y la red de regulación de energía abriendo el segundo conmutador (Sc2) de la primera red de conmutación y cerrando el segundo conmutador (Sd2) de la segunda red de conmutación durante una segunda porción de tiempo del ciclo positivo;
- cerrar el primer y segundo conmutadores (Sc i, SC2) de la primera red de conmutación después del mismo periodo de tiempo adaptativo, permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo negativo de la tensión resonante de receptor; y - acoplar el inductor único (Ldc) a la red de regulación de energía abriendo el primer conmutador (Sc i) de la primera red de conmutación y cerrando el primer conmutador (Sdi) de la segunda red de conmutación durante una segunda porción de tiempo de dicho ciclo negativo.
4. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el circuito de control de conmutador está configurado adicionalmente para:
- generar un periodo de tiempo adaptativo sincronizado con el inicio de un ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor;
- acoplar el inductor único (Ldc) en paralelo con el tanque resonante de receptor después del periodo de tiempo adaptativo durante la primera porción de tiempo del ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor; y
- acoplar el inductor único (Ldc) entre el tanque resonante de receptor y la red de regulación de energía durante la segunda porción de tiempo del ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor.
5. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
- el tanque resonante de receptor está acoplado entre un primer nodo y un segundo nodo,
- el inductor único (Ldc) está acoplado entre el primer nodo y un tercer nodo,
- la primera red de conmutación, comprende:
(a) un conmutador (Sc i) acoplado entre el tercer nodo y el segundo nodo;
- la segunda red de conmutación, comprende:
(a) un primer conmutador (Sd i) acoplado entre el tercer nodo y cuarto nodo; y
(b) un segundo conmutador (Sd2) acoplado entre el tercer nodo y quinto nodo,
- la red de regulación de energía, comprende:
(a) una primera regulación de energía (Cbuffi) acoplada entre el cuarto nodo y el segundo nodo;
(b) una segunda regulación de energía (Cbuff2) acoplada entre el segundo nodo y el quinto nodo, y en donde el circuito de control de conmutador está configurado para:
- rastrear el estado completamente sintonizado del tanque resonante de receptor generando adaptativamente un periodo de tiempo adaptativo;
- mantener todos los conmutadores (Sci; Sdi, Sd2) de la primera y segunda redes de conmutación abiertos durante dicho periodo de tiempo adaptativo;
- cerrar el conmutador (Sci) de la primera red de conmutación permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople
en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo positivo de la tensión resonante de receptor;
- acoplar el inductor único (Ldc) entre el tanque resonante de receptor y la primera regulación de energía (Cbuffi) abriendo el conmutador (Sc i ) de la primera red de conmutación y cerrando el primer conmutador (Sd1) de la segunda red de conmutación durante una segunda porción de tiempo de dicho ciclo positivo;
- cerrar el conmutador (Sc i ) de la primera red de conmutación después del mismo periodo de tiempo adaptativo, permitiendo que el inductor único (Ldc) se acople en paralelo con el tanque resonante de receptor durante una primera porción de tiempo del ciclo negativo de la tensión resonante de receptor; y
- acoplar el inductor único (Ldc) entre el tanque resonante de receptor y la segunda regulación de energía (Cbuff2) abriendo el conmutador (Sc i ) de la primera red de conmutación y cerrando el segundo conmutador (Sd2) de la segunda red de conmutación durante una segunda porción de tiempo de dicho ciclo negativo.
6. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el circuito de control de conmutador está configurado adicionalmente para:
- generar un periodo de tiempo adaptativo sincronizado con el inicio de un ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor;
- acoplar el inductor único (Ldc) en paralelo con el tanque resonante de receptor después del periodo de tiempo adaptativo durante una primera porción de tiempo del ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor; y
- acoplar el inductor único (Ldc) entre el tanque resonante de receptor y un elemento de la red de regulación de energía durante una segunda porción de tiempo del ciclo positivo o negativo de la tensión resonante de receptor.
7. El circuito sintonizador y rectificador de acuerdo con la reivindicación i, en donde:
- el tanque resonante de receptor está acoplado entre un primer nodo y un segundo nodo;
- el inductor único (Ldc) está acoplado entre un tercer nodo y un cuarto nodo;
- la red de regulación de energía está acoplada entre un quinto nodo y un sexto nodo;
- la primera red de conmutación contiene uno o más conmutadores y tiene dos puertos, estando acoplado el primer puerto de la primera red de conmutación entre el primer nodo y el segundo nodo, y estando acoplado el segundo puerto de la primera red de conmutación entre el tercer nodo y el cuarto nodo;
- la segunda red de conmutación contiene uno o más conmutadores y tiene dos puertos, estando acoplado el primer puerto de la segunda red de conmutación entre el tercer y el cuarto nodos, y estando acoplado el segundo puerto de la segunda red de conmutación entre el quinto y el seXto nodos,
y en donde el circuito de control de conmutador está configurado para:
- detectar uno o más parámetros del tanque resonante de receptor para rastrear una condición de sintonización del tanque resonante de receptor y aplicar un retardo de tiempo adaptativo que está sincronizado con el inicio de cualquiera de un ciclo positivo o ciclo negativo de la tensión resonante de receptor;
- a continuación cerrar uno o más de los conmutadores de la primera red de conmutación después del transcurso del retardo de tiempo para acoplar el inductor único (Ldc) al tanque resonante de receptor mediante el cual el inductor carga cualquiera con una corriente positiva o una corriente negativa de acuerdo con la polaridad de la tensión de tanque resonante de receptor; y
- a continuación cerrar uno o más de los conmutadores de la segunda red de conmutación después del transcurso del retardo de tiempo para acoplar el inductor único (LDc) a la red de regulación de energía.
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