RU2629956C1 - Способ управления в системах беспроводной передачи энергии - Google Patents
Способ управления в системах беспроводной передачи энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629956C1 RU2629956C1 RU2016128764A RU2016128764A RU2629956C1 RU 2629956 C1 RU2629956 C1 RU 2629956C1 RU 2016128764 A RU2016128764 A RU 2016128764A RU 2016128764 A RU2016128764 A RU 2016128764A RU 2629956 C1 RU2629956 C1 RU 2629956C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- current
- circuit
- control circuit
- transmitting coil
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/01—Frequency selective two-port networks
- H03H7/0115—Frequency selective two-port networks comprising only inductors and capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/01—Frequency selective two-port networks
- H03H7/17—Structural details of sub-circuits of frequency selective networks
- H03H7/1741—Comprising typical LC combinations, irrespective of presence and location of additional resistors
- H03H7/1791—Combined LC in shunt or branch path
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- H02J7/025—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности передачи в системе беспроводной передачи энергии WPT за счет повышения гибкости позиционирования приемного (заряжаемого) устройства относительно зарядного устройства. Устройство WPT содержит первый источник питания постоянного тока и напряжения, схему возбуждения, принимающую выходное напряжение от первого источника питания постоянного тока и напряжения и возбуждающую переменный ток и напряжение в резонансном контуре, схему управления для выбора и подачи управляющего сигнала на второй источник постоянного напряжения, второй источник постоянного напряжения для генерирования и подачи постоянного напряжения, зависящего от принятого напряжения, в резонансный контур, и резонансный контур, включающий в себя адаптивную схему, в которой имеется по меньшей мере один переменный конденсатор, емкость которого зависит от поданного на него постоянного напряжения от второго источника постоянного напряжения, и по меньшей мере одну передающую катушку для индуктивной передачи энергии на приемную(ые) катушку(и) по меньшей мере одного заряжаемого устройства. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к индуктивным системам беспроводной передачи энергии (WPT), и, более конкретно, к устройству WPT и способу управления устройством WPT в системе беспроводной передачи энергии.
Уровень техники
Известны системы беспроводного энергоснабжения, использующие индуктивную беспроводную передачу энергии (WPT) для переноса электрической энергии беспроводным образом. Индуктивная система WPT обычно включает в себя индуктивный источник энергоснабжения, который использует первичную катушку для передачи энергии беспроводным образом в виде изменяющегося электромагнитного поля (передающая часть) и удаленное устройство, которое использует вторичную катушку для преобразования энергии электромагнитного поля в электрическую энергию (приемная часть). В таких системах для подстраивания рабочих параметров системы WPT во времени преимущественным является адаптивное управление WPT для повышения эффективности передачи энергии, и/или для управления величиной передаваемой энергии, и/или для предотвращения работы в некоторых режимах, которые могут быть неблагоприятными для самой системы передачи энергии и для окружающих устройств, с учетом электромагнитной природы способа беспроводной передачи энергии.
Индуктивная система WPT состоит из двух частей: передающей (Tx) части и приемной (Rx) части. Tx-часть всегда включает в себя по меньшей мере одну Tx-катушку (катушку индуктивности, индуктор) и схему для возбуждения тока в Tx-катушке. Rx-часть всегда включает в себя по меньшей мере одну Rx-катушку и выпрямительную схему. Tx-часть соединена с источником питания постоянного или переменного тока и напряжения. Обычно необходимо реализовать возможности управления в системе беспроводной передачи энергии, чтобы регулировать величину передаваемой мощности во время изменений входного напряжения, изменений связи между Tx- и Rx-частями (например, вследствие изменения взаимного расположения Tx- и Rx-частей), изменений тока, потребляемого нагрузкой или изменений других рабочих условий. Это может потребоваться, например, в беспроводных зарядных устройствах, способных заряжать устройства с разной потребляемой мощностью и/или несколько устройств одновременно, а также в зарядных устройствах с размером площади зарядки, превышающим максимальный размер заряжаемых устройств.
Для достижения возможности управления в системе WPT могут использоваться различные подходы. Эти подходы включают в себя использование управляемых преобразователей постоянного напряжения в постоянное напряжение (DC-DC преобразователей) внутри Tx- и Rx-частей, реализацию возможностей регулирования в схеме для возбуждения тока в Tx-катушке, применение методик адаптивного согласования. Для расширения возможностей управления может использоваться несколько подходов одновременно.
Один широко известный подход регулирования тока в Tx-катушке состоит в присоединении Tx-катушки к схеме возбуждения, как составной части резонансного контура, и изменении частоты переключения в схеме возбуждения. Резонансный контур может представлять собой последовательный либо параллельный резонансный колебательный контур, либо более сложное сочетание катушек и конденсаторов. В данном подходе частотная зависимость характеристик резонансного контура используется для регулирования тока в Tx-катушке. Данный подход используется в нескольких конструкциях передатчиков энергии в стандарте Консорциума по беспроводному питанию (стандарт Qi), ʺОписание системы. Беспроводная передача энергии. Том I: Малая мощность. Часть 1: Определение интерфейсов. Версия 1.1.2. Июнь 2013ʺ (Wireless Power Consortium, System Description. Wireless Power Transfer. Volume I: Low Power. Part 1: Interface Definition. Version 1.1.2. June 2013) (далее [1]), а также описан в заявке на патент US 2013/0082536 A1 (авторы Taylor J.B., Moor C.J., Baarman D.W., Mollema S.A., Moes B.C., Kuyvenhoven N.W., Nibbelink M.J., «Система и способ улучшенного управления системами беспроводной передачи энергии» (System and method for improved control in wireless power supply systems), опубликована 04.04.2013) (далее [2]). Недостаток данного подхода состоит в изменяющейся частоте переключения в схеме возбуждения, и, следовательно, меняющейся частоте тока в Tx-катушке. Обычно в системах WPT индуктивность Rx-катушки компенсируется посредством соответствующего конденсатора или схемы согласования для того, чтобы устранить фазовый сдвиг между индуцированным напряжением и током Rx-катушки. Устранение данного фазового сдвига необходимо для максимизации эффективности передачи энергии (или, иными словами, коэффициента полезного действия (КПД) при передаче энергии). Индуктивность Rx-катушки может быть компенсирована посредством одного конденсатора или схемы согласования только на определенной частоте. Если рабочая частота изменяется, то эффективность передачи энергии также будет изменяться из-за смены импеданса в схеме и, следовательно, возникновения фазового сдвига между током и индуцированным напряжением в Rx-катушке. Кроме того, согласно предписаниям одного из стандартов для беспроводной передачи энергии (разрабатываемого рабочей группой AirFuel Alliance, ранее Alliance for Wireless Power), для тока в Tx-катушке выделен достаточно узкий диапазон рабочих частот, и невозможность выхода за его пределы делает невозможным применение данного подхода. Поэтому в системах WPT, выполненых согласно этому стандарту, необходимо использовать постоянную частоту переключения в схеме возбуждения.
Другой широко известный подход регулирования тока в Tx-катушке заключается в изменении входного постоянного напряжения с использованием управляемого DC-DC преобразователя. Данный подход также используется в нескольких конструкциях передатчиков энергии в стандарте [1] и описан в заявке на патент [2]. Недостаток данного подхода состоит в необходимости отдельного DC-DC преобразователя с управляемым выходным напряжением перед схемой, возбуждающей ток в Tx-катушке. Данный DC-DC преобразователь снижает общую эффективность системы и повышает стоимость системы. Кроме того, возможности регулирования в данном подходе могут быть недостаточными для стабильной работы системы WPT во всех возможных рабочих условиях.
В международной публикации WO 2016/010362 A1 (авторы Н.Н. Олюнин, А.Г. Чернокалов, «Способ управления в системах беспроводной передачи энергии») предложен еще один подход, который заключается в управлении током в Tx-катушке путем изменения разности коэффициента заполнения в комплементарно переключаемых переключателях в схемах мостового типа. Недостатком такого подхода является сложность его реализации на рабочих частотах выше 1 МГц. Эта сложность связана с увеличивающейся сложностью схем возбуждения с переменными коэффициентами заполнения при увеличении частоты.
Сущность изобретения
С целью устранения по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники, настоящее изобретение направлено на устройство для беспроводной передачи энергии (WPT) и на способ управления устройством беспроводной передачи энергии.
В одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство для беспроводной передачи энергии (WPT), содержащее первый источник питания постоянного тока и напряжения, выполненный с возможностью генерирования и подачи постоянного тока и напряжения на схему возбуждения; схему возбуждения, выполненную с возможностью приема выходного напряжения от первого источника питания постоянного тока и напряжения, и возбуждения переменного тока и напряжения в резонансном контуре; схему управления, выполненную с возможностью выбора и подачи управляющего сигнала на второй источник постоянного напряжения; второй источник постоянного напряжения, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала от схемы управления, и генерирования и подачи постоянного напряжения, зависящего от принятого напряжения, в резонансный контур; и резонансный контур, содержащий адаптивную схему, содержащую по меньшей мере один переменный конденсатор, емкость которого зависит от поданного на него постоянного напряжения, и выполненную с возможностью приема выходного напряжения второго источника постоянного напряжения и формирования емкости в зависимости от принятого напряжения; и по меньшей мере одну передающую катушку, выполненную с возможностью индуктивной передачи энергии на приемную(ые) катушку(и) по меньшей мере одного заряжаемого устройства.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один переменный конденсатор соединен последовательно с по меньшей мере одной передающей катушкой.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один переменный конденсатор соединен параллельно с по меньшей мере одной передающей катушкой.
В одном варианте осуществления число переменных конденсаторов в адаптивной схеме составляет по меньшей мере два, причем они соединены между собой параллельно и/или последовательно.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит датчик тока упомянутой по меньшей мере одной передающей катушки, выполненный с возможностью передачи информации об измеренном токе передающей катушки на схему управления, причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от датчика тока передающей катушки.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит датчики тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения, выполненные с возможностью передачи информации о токе и/или напряжении на выходе первого источника питания постоянного тока и напряжения на схему управления, причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от датчиков тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения.
В одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит приемник сигналов, при этом схема управления дополнительно выполнена с возможностью приема, через упомянутый приемник сигналов, информации от по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащей данные о фактических и/или требуемых напряжении, токе и/или мощности заряда заряжаемого устройства, причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от заряжаемого устройства.
В одном варианте осуществления переменным конденсатором является сегнетоэлектрический или жидкокристаллический конденсатор.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ управления устройством для беспроводной передачи энергии (WPT), выполненным с возможностью индуктивной передачи энергии на приемную(ые) катушку(и) по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащим резонансный контур, включающий в себя переменный конденсатор и передающую катушку, схему возбуждения резонансного контура, схему управления, второй источник постоянного напряжения с управляемым выходным напряжением, подаваемым на переменный конденсатор, и датчик тока передающей катушки, причем способ содержит этапы, на которых, в схеме управления, принимают информацию об измеренном токе передающей катушки с датчика тока передающей катушки, и на основании принятой информации от датчика тока передающей катушки выбирают и подают управляющий сигнал на второй источник постоянного напряжения, с тем чтобы задать требуемое выходное напряжение второго источника постоянного напряжения, обеспечивающее емкость переменного конденсатора, требуемую для получения предварительно заданной рабочей частоты резонансного контура.
В одном варианте осуществления устройство WPT дополнительно содержит первый источник питания постоянного тока и напряжения для питания схемы возбуждения и датчики тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения, причем способ дополнительно содержит этап, на котором, в схеме управления, принимают от датчиков тока и/или напряжения первого источника постоянного напряжения информацию о токе и/или напряжении на выходе первого источника постоянного напряжения, причем схема управления выбирает управляющий сигнал дополнительно на основании принятой информации от датчиков тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения.
В одном варианте осуществления устройство WPT дополнительно содержит приемник сигналов, причем способ дополнительно содержит этап, на котором, в схеме управления, принимают, через упомянутый приемник сигналов, информацию от по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащую данные о фактических и/или требуемых напряжении, токе и/или мощности заряда заряжаемого устройства, причем схема управления выбирает управляющий сигнал дополнительно на основании принятой информации от заряжаемого устройства.
Концептуально, в настоящем изобретении используется частотная зависимость характеристик резонансного контура для регулирования тока в Tx-катушке. Но, в отличие от предшествующего уровня техники, рабочая частота схемы возбуждения в Tx-части остается постоянной. Вместо того, чтобы изменять рабочую частоту, изменяют свойства резонансного контура (в частности, его импеданс). Это выполняется посредством изменения емкости одного или более управляемых напряжением переменных (перестраиваемых) конденсаторов, которые представляют собой части резонансного контура.
Изменение емкости осуществляется посредством использования нелинейных диэлектрических материалов в конденсаторах, которые изменяют свою диэлектрическую проницаемость при изменении приложенного постоянного напряжения. Такие материалы включают в себя, например, сегнетоэлектрические материалы и жидкокристаллические материалы.
Для изменения емкости вышеупомянутых переменных конденсаторов требуется дополнительный источник постоянного напряжения с управляемым изменяемым выходным напряжением. Тем не менее, этот источник напряжения не увеличит значительно стоимость системы, так как он не осуществляет передачу энергии.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает повышение эффективности передачи энергии (КПД) в системе WPT, предназначенной для зарядки различных устройств (в том числе одновременно нескольких устройств), без повышения ее сложности и размеров. При этом повышается гибкость позиционирования приемного (заряжаемого) устройства относительно зарядного устройства, обеспечивается возможность увеличить площадь зарядки, снижается энергопотребление системы WPT, повышается скорость зарядки, повышается устойчивость к перепадам входного напряжения, снижается рассеиваемая мощность и нагрев как заряжаемого, так и зарядного устройств, и тем самым увеличивается их надежность, безопасность и срок эксплуатации.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Переменный конденсатор, управляемый постоянным напряжением, и управляемый источник постоянного напряжения.
Фиг. 2 - Структура и компоненты системы WPT.
Фиг. 3 - Схема последовательности операций способа управления системой WPT.
Фиг. 4 - Пример реализации системы WPT.
Подробное описание
На Фиг. 1 показаны основные рабочие составляющие способа согласно предложенному изобретению: переменный конденсатор 1, управляемый постоянным напряжением, и управляемый источник 2 постоянного напряжения. Емкость переменного конденсатора изменяется в зависимости от постоянного напряжения, приложенного к нему от управляемого источника постоянного напряжения.
На Фиг. 2 описана структура и компоненты системы WPT, в которой осуществляется заявленный способ. Система состоит из двух частей: Tx-части (устройства для беспроводной передачи энергии (WPT), то есть зарядного устройства) и Rx-части (заряжаемого устройства), которые включают в себя Tx-катушку 6 и Rx-катушку 9, соответственно. Tx- и Rx-части физически отделены друг от друга, и между Tx- и Rx-катушками существует индуктивная связь.
Устройство WPT содержит источник 3 питания постоянного тока и напряжения (который далее в настоящем документе может называться первым источником), схему 4 возбуждения, схему 11 управления, источник 2 постоянного напряжения (который далее в настоящем документе может называться вторым источником), а также резонансный контур 4, включающий в себя адаптивную схему 7, в которой имеется по меньшей мере один переменный конденсатор, емкость которого зависит от поданного на него постоянного напряжения, и по меньшей мере одну Tx-катушку 6.
Заряжаемое устройство содержит Rx-катушку 9 и нагрузку 10.
Схема 4 возбуждения в устройстве WPT получает питание постоянного тока и напряжения от источника 3 питания постоянного тока и напряжения и преобразует его в питание переменного тока и напряжения, которое подается в резонансный контур 5. Резонансный контур состоит из Tx-катушки 6 и адаптивной схемы с переменными конденсаторами 7. Адаптивная схема 7 состоит из одного или более переменных конденсаторов 1. Кроме того, она может включать в себя не переменные элементы реактивной схемы, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы. Адаптивная схема 7 и Тх-катушка 6 образуют переменный резонансный контур 5, который способен изменять свои свойства в зависимости от прикладываемого к нему управляющего постоянного напряжения. Управляющее постоянное напряжение прикладывается к адаптивной схеме 7 из управляемого источника 2 постоянного напряжения. Управляемый источник постоянного напряжения способен генерировать изменяемое постоянное напряжение, которое управляется сигналом из схемы 11 управления. Схема 11 управления подает управляющий сигнал на источник 2 постоянного напряжения в зависимости от информации о функционировании системы WPT и алгоритма управления, реализованного внутри схемы 11 управления. Информация о функционировании системы WPT формируется в схеме управления из информации, которая поступает от датчика тока Tx-катушки 6, от источника 3 питания постоянного тока и напряжения и от нагрузки 10 в Rx-части. Информация от нагрузки 10 может включать в себя данные о фактических напряжении на нагрузке, токе в нагрузке, мощности, потребляемой нагрузкой. Кроме того, информация от нагрузки может включать в себя запросы на изменение тока в Tx-катушке 6, содержащие данные о требуемых напряжении на нагрузке, токе в нагрузке, мощности, потребляемой нагрузкой. Информация от датчика тока Tx-катушки 6 включает в себя данные об амплитуде тока в Tx-катушке. Информация от источника 3 питания постоянного тока и напряжения может включать в себя данные о постоянном токе и напряжении на выходе из источника 3 питания постоянного тока и напряжения.
На Фиг. 3 описана работа системы WPT в соответствии с настоящим изобретением. Так, в соответствии со способом управления устройством для беспроводной передачи энергии (WPT), схема 11 управления принимает информацию о работе системы WPT от датчика тока Tx-катушки 6, а также при необходимости от источника 3 питания постоянного тока и напряжения и через приемник сигналов (по каналу связи Bluetooth, ZigBee или путем модуляции нагрузки и другими методами, в зависимости от стандарта) от нагрузки 10 в Rx-части. Основываясь на этой информации, в соответствии с алгоритмом управления, реализованном в схеме 11 управления, принимается решение, необходимо ли изменить амплитуду переменного тока в Tx-катушке 6. Если необходимо изменить амплитуду тока, то схема 11 управления посылает управляющий сигнал на управляемый источник 2 напряжения. В зависимости от принимаемого управляющего сигнала, управляемый источник 2 напряжения изменяет управляющее постоянное напряжение, которое прикладывается к переменному конденсатору 1. Переменный конденсатор 1, являющийся частью адаптивной схемы 7 и резонансного контура 5, изменяет свою емкость. Изменение емкости переменного конденсатора 1 приводит к изменению резонансных свойств (импеданса) резонансного контура 5, что, в свою очередь, приводит к изменению амплитуды тока в Тх-катушке 6.
Для того, чтобы получить требуемую емкость в резонансном контуре, в качестве конденсаторов в адаптивной схеме может использоваться набор постоянных конденсаторов одинаковой или различной емкости, подключенных каждый через свою ключевую схему, которая в зависимости от своего состояния (открытого/закрытого) определяет, будет ли вносить соответствующий конденсатор свой вклад в общий импеданс резонансного контура. Такая схема, тем не менее, является относительно либо габаритной и сложной, либо не очень точной в силу дискретности вклада каждого конденсатора, либо и то, и другое. Кроме того, ключевые элементы в такой схеме, будучи включенными в резонансный контур, должны выдерживать относительно большие токи и напряжения, что влечет за собой необходимость использования сложных и дорогостоящих ключевых элементов. Учитывая вышеуказанные недостатки использования набора постоянных конденсаторов и ключевой схемы, использование переменных конденсаторов, управляемых постоянным напряжением, является предпочтительным в решаемой задаче. Чем шире диапазон регулировки каждого переменного конденсатора, тем меньшее число конденсаторов может потребоваться для адаптивной схемы и тем меньше ее габариты, сложность и потери и выше надежность. В предпочтительном варианте в качестве переменных конденсаторов используются сегнетоэлектрические или жидкокристаллические конденсаторы, которые при малых габаритах имеют диапазон регулировки емкости (отношение максимальной емкости к минимальной), который может достигать 1,4 и более.
Использование переменных конденсаторов влечет за собой необходимость использования с ними источника постоянного напряжения с управляемым изменяемым выходным напряжением, но его наличие практически не влияет на общую сложность и характеристики системы в силу его малой мощности и отсутствия потерь, а также малых габаритов по отношению к упомянутой выше матрице ключевых схем. Кроме того, следует отметить, что увеличение числа переменных конденсаторов в адаптивной схеме с одного до двух и более не требует использования источника постоянного напряжения для каждого конденсатора, то есть дополнительное увеличение диапазона регулировки емкости не приводит к значимому усложнению и удорожанию системы.
Настоящее изобретение можно использовать для систем WPT с изменяемой нагрузкой и/или изменяемым входным напряжением и/или изменяемой связью между Tx- и Rx-частями. В частности, данное изобретение может быть использовано для:
- беспроводного зарядного устройства, способного заряжать мобильные устройства с существенно разной потребляемой энергией, такие как носимые устройства, смартфоны, планшетные компьютеры;
- беспроводных зарядных устройств с размером площади зарядки, превышающим максимальный размер заряжаемых устройств, следовательно, обеспечивая относительную свободу в позиционировании заряжаемых устройств;
- беспроводных зарядных устройств, способных заряжать несколько устройств одновременно.
Пример реализации системы WPT представлен на Фиг. 4. На зарядной площадке 13 устройства 12 WPT свободно размещены различные заряжаемые устройства 14a-14c.
Способы, раскрытые в настоящем документе, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, то порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.
Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.
В одном варианте осуществления элементы/блоки предложенного устройства WPT находятся в общем корпусе, размещены на одной раме/печатной плате и связаны друг с другом конструктивно посредством монтажных (сборочных) операций и функционально посредством линий связи. Упомянутые линии или каналы связи, если не указано иное, являются стандартными, известными специалистам линиями связи, материальная реализация которых не требует творческих усилий. Линией связи может быть провод, набор проводов, шина, дорожка, беспроводная линия связи (индуктивная, радиочастотная, инфракрасная, ультразвуковая и т.д.). Протоколы связи по линиям связи известны специалистам и не раскрываются отдельно.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Конструктивное исполнение элементов предложенного устройства является известным для специалистов в данной области техники и не описывается отдельно в данном документе, если не указано иное. Элементы устройства (например, корпус) могут быть выполнены из любого подходящего материала, например, без ограничения этим, из алюминия, меди, нержавеющей стали, титана, углеродных волоконных композитных материалов, пластмассы и т.п. Эти составные части могут быть изготовлены с использованием известных способов, включая, лишь в качестве примера, механическую обработку на станках и литье по выплавляемой модели. Операции сборки, соединения и иные операции в соответствии с приведенным описанием также соответствуют знаниям специалиста в данной области и, таким образом, более подробно поясняться здесь не будут.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в данной области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства, известные в уровне техники. Так, аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Хотя отдельно не упомянуто, следует понимать, что, когда речь идет о хранении данных, программ, алгоритмов управления и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных. Примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.
Claims (26)
1. Устройство для беспроводной передачи энергии (WPT), содержащее:
первый источник питания постоянного тока и напряжения, выполненный с возможностью генерирования и подачи постоянного тока и напряжения на схему возбуждения;
схему возбуждения, выполненную с возможностью приема выходного напряжения от первого источника питания постоянного тока и напряжения и возбуждения переменного тока и напряжения в резонансном контуре;
схему управления, выполненную с возможностью выбора и подачи управляющего сигнала на второй источник постоянного напряжения;
второй источник постоянного напряжения, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала от схемы управления и генерирования и подачи постоянного напряжения, зависящего от принятого напряжения, в резонансный контур; и
резонансный контур, содержащий:
адаптивную схему, содержащую по меньшей мере один переменный конденсатор, емкость которого зависит от поданного на него постоянного напряжения, и выполненную с возможностью приема выходного напряжения второго источника постоянного напряжения и формирования емкости в зависимости от принятого напряжения; и
по меньшей мере одну передающую катушку, выполненную с возможностью индуктивной передачи энергии на приемную(ые) катушку(и) по меньшей мере одного заряжаемого устройства.
2. Устройство по п. 1, в котором упомянутый по меньшей мере один переменный конденсатор соединен последовательно с упомянутой по меньшей мере одной передающей катушкой.
3. Устройство по п. 1, в котором упомянутый по меньшей мере один переменный конденсатор соединен параллельно с упомянутой по меньшей мере одной передающей катушкой.
4. Устройство по п. 1, в котором число переменных конденсаторов в адаптивной схеме составляет по меньшей мере два, причем они соединены между собой параллельно и/или последовательно.
5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее датчик тока упомянутой по меньшей мере одной передающей катушки, выполненный с возможностью передачи информации об измеренном токе передающей катушки на схему управления, причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от датчика тока передающей катушки.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее датчики тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения, выполненные с возможностью передачи информации о токе и/или напряжении на выходе первого источника питания постоянного тока и напряжения на схему управления, причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от датчиков тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения.
7. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее приемник сигналов,
при этом схема управления дополнительно выполнена с возможностью приема через упомянутый приемник сигналов информации от по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащей данные о фактических и/или требуемых напряжении, токе и/или мощности заряда заряжаемого устройства,
причем схема управления выбирает управляющий сигнал на основании принятой информации от заряжаемого устройства.
8. Устройство по п. 1, в котором переменным конденсатором является сегнетоэлектрический или жидкокристаллический конденсатор.
9. Способ управления устройством для беспроводной передачи энергии (WPT), выполненным с возможностью индуктивной передачи энергии на приемную(ые) катушку(и) по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащим резонансный контур, включающий в себя переменный конденсатор и передающую катушку, схему возбуждения резонансного контура, схему управления, второй источник постоянного напряжения с управляемым выходным напряжением, подаваемым на переменный конденсатор, и датчик тока передающей катушки, причем способ содержит этапы, на которых в схеме управления:
принимают информацию об измеренном токе передающей катушки с датчика тока передающей катушки, и
на основании принятой информации от датчика тока передающей катушки выбирают и подают управляющий сигнал на второй источник постоянного напряжения, с тем чтобы задать требуемое выходное напряжение второго источника постоянного напряжения, обеспечивающее емкость переменного конденсатора, требуемую для получения предварительно заданной рабочей частоты резонансного контура.
10. Способ по п.9, в котором устройство WPT дополнительно содержит первый источник питания постоянного тока и напряжения для питания схемы возбуждения и датчики тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения, причем способ дополнительно содержит этап, на котором в схеме управления:
принимают от датчиков тока и/или напряжения первого источника постоянного напряжения информацию о токе и/или напряжении на выходе первого источника постоянного напряжения,
причем схема управления выбирает управляющий сигнал дополнительно на основании принятой информации от датчиков тока и/или напряжения первого источника питания постоянного тока и напряжения.
11. Способ по п.9, в котором устройство WPT дополнительно содержит приемник сигналов, причем способ дополнительно содержит этап, на котором в схеме управления:
принимают через упомянутый приемник сигналов информацию от по меньшей мере одного заряжаемого устройства, содержащую данные о фактических и/или требуемых напряжении, токе и/или мощности заряда заряжаемого устройства,
причем схема управления выбирает управляющий сигнал дополнительно на основании принятой информации от заряжаемого устройства.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128764A RU2629956C1 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ управления в системах беспроводной передачи энергии |
| KR1020170062977A KR102315924B1 (ko) | 2016-07-14 | 2017-05-22 | 무선 전력 전송 장치 및 방법 |
| US15/648,590 US10447088B2 (en) | 2016-07-14 | 2017-07-13 | Apparatus and method for wireless power transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016128764A RU2629956C1 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ управления в системах беспроводной передачи энергии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629956C1 true RU2629956C1 (ru) | 2017-09-05 |
Family
ID=59797435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016128764A RU2629956C1 (ru) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Способ управления в системах беспроводной передачи энергии |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102315924B1 (ru) |
| RU (1) | RU2629956C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487452C1 (ru) * | 2009-05-14 | 2013-07-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Устройство бесконтактной подачи электричества |
| US20140265615A1 (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-18 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method and apparatus for controlling wireless power transmission |
| US20160013657A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd | Wireless power transmitter and wireless power transmission system |
| KR20160007332A (ko) * | 2014-07-11 | 2016-01-20 | 삼성전기주식회사 | 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8143746B2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-03-27 | Alcatel Lucent | Automatic tuning for wireless power transfer |
| KR101708312B1 (ko) * | 2014-02-07 | 2017-02-20 | 엘지전자 주식회사 | 무선 전력 수신 및 전송 방법, 무선 전력 전송장치, 수신장치 및 무선 충전 시스템 |
-
2016
- 2016-07-14 RU RU2016128764A patent/RU2629956C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-05-22 KR KR1020170062977A patent/KR102315924B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487452C1 (ru) * | 2009-05-14 | 2013-07-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Устройство бесконтактной подачи электричества |
| US20140265615A1 (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-18 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method and apparatus for controlling wireless power transmission |
| US20160013657A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd | Wireless power transmitter and wireless power transmission system |
| KR20160007332A (ko) * | 2014-07-11 | 2016-01-20 | 삼성전기주식회사 | 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180008270A (ko) | 2018-01-24 |
| KR102315924B1 (ko) | 2021-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6651492B2 (ja) | 無線電力コントロール・システム | |
| US9904306B2 (en) | Voltage converter, wireless power reception device and wireless power transmission system including the same | |
| US10454306B2 (en) | Wireless power receiver and power control method thereof | |
| US9478992B2 (en) | Power transmission system | |
| TWI587597B (zh) | 無線電力傳輸器，無線電力接收器，以及無線電力傳輸系統的電力傳輸方法 | |
| EP3326295B1 (en) | Device, and method for adjusting output power using synchronous rectifier control | |
| US9225176B2 (en) | Apparatus and method for high efficiency variable power transmission | |
| US10141769B2 (en) | Wireless power transfer system | |
| KR20160117587A (ko) | 유도 전력 전송 시스템의 임피던스 매칭 | |
| KR20100098715A (ko) | 유도 전력 전송 회로 | |
| Shinoda et al. | Voltage-boosting wireless power delivery system with fast load tracker by ΔΣ-modulated sub-harmonic resonant switching | |
| TW200425609A (en) | Adaptive inductive power supply with communication | |
| JP2011517926A (ja) | 複数のコイル１次を有する誘導充電システム | |
| US20130154385A1 (en) | Power receiving device and power feeding system | |
| US20160308393A1 (en) | Contactless power receiver and method for operating same | |
| EP2754225B1 (en) | Wireless power apparatus and operation method thereof | |
| US20150280451A1 (en) | Wireless power supply apparatus | |
| US10447088B2 (en) | Apparatus and method for wireless power transfer | |
| RU2629956C1 (ru) | Способ управления в системах беспроводной передачи энергии | |
| Anwar et al. | A 6.78-MHz burst-mode controlled inductive wireless power transfer system for biomedical implants with back-channel communication eliminated using transmitter Q-factor detection | |
| KR20170047768A (ko) | 고효율 무선 전력 전송을 위한 부하 전류에 따른 정류 전압 가변 방법 | |
| CN111799891B (zh) | 具有可重新配置的整流器电路的无线功率系统 | |
| Wang et al. | A pulse energy injection inverter for the switch-mode inductive power transfer system | |
| WO2018056343A1 (ja) | 受電装置、制御方法、及び非接触給電システム | |
| Ghotbi et al. | Multiple‐load wireless power transmission system through time‐division multiplexed resonators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200715 |