TWI611647B - 諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法 - Google Patents

Abstract

公開了一種諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法。通過控制所述逆變電路輸出的高頻交流電的電壓强度參量，使得流過發射線圈的交流電的電流强度參量(峰值或有效值)與流過接收線圈的交流電的電流强度參量保持預定關係，使得等效負載阻抗獲得調節，進而使得系統可以工作在效率最優模式下。

Description

諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法

本發明係關於電力電子技術，具體關於一種諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法。

非接觸供電技術基於其方便實用的特點而廣泛應用於電子產品領域，尤其是小功率電子產品行業如移動電話、MP3播放器、數位照相機、可携式電腦等。現有技術的諧振型非接觸供電裝置通常包含有一個由發射線圈L1和接收線圈L2構成的諧振與磁耦合電路，發射線圈L1與電能發射端的其它元件構成發射側諧振電路，接收線圈L2與電能接收端的其它元件構成接收側諧振電路。透過將發射側諧振電路和接收側諧振電路的諧振頻率設置為相同，可以使得發射側諧振電路諧振時，通過電磁場與發射側諧振電路耦合的接收側諧振電路也發生諧振，由此實現以非接觸的方式傳輸電能。該諧振頻率被稱為自感諧振頻率。

然而，由於負載在供電過程中會發生變化，目前缺乏手段始終保持較高的系統效率而不受負載變化影響。

有鑒於此，本發明提供一種諧振型非接觸供電裝置、電能發射端和控制方法，透過調節發射側諧振回路的電流值來調整接收側的輸出電壓，從而調整等效負載阻抗，使系統工作在效率最優模式下。

第一態樣，提供一種諧振型非接觸供電裝置，包括：逆變電路，用於接收電能生成電壓强度參量響應於逆變控制信號的第一交流電；阻抗變換網路，用於接收所述第一交流電生成第二交流電，所述第二交流電的電流强度參量與所述第一交流電的電壓强度參量對應；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於接收所述第二交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，所述接收線圈與所述發射線圈分離地以非接觸方式耦合，所述接收側諧振電路用於從所述發射線圈接收電能生成第三交流電；控制電路，用於生成所述逆變控制信號以保持所述第二交流電的電流强度參量為所述第三交流電的電流强度參量的m倍，m為所述接收線圈的線圈等效電阻和所述發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，所述電壓强度參量為電壓峰值或有效值，所述電流强度參量為電流峰值或有效值。

較佳地，所述控制電路包括：電能接收側控制電路，用於獲取和以無線方式發送表 徵所述第三交流電的電流强度參量的第二信號；電能發射側控制電路，用於接收所述第二信號，並檢測表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號，根據所述第一信號和所述第二信號生成所述逆變控制信號。

較佳地，所述電能接收側控制電路包括：第二電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取所述第二信號；第二無線通信電路，用於以無線方式發送所述第二信號；所述電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收所述第二信號；轉換電路，用於將所述第二信號轉換為第三信號，所述第三信號表徵所述第二信號與m的乘積；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取所述第一信號；控制信號生成電路，生成所述逆變控制信號以最小化所述第三信號與所述第一信號的差值。

較佳地，所述控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於所述第三信號和所述第一信號差值的補償信號；比較器，比較所述補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據所述脈寬調製信號生成所述逆變 控制信號，所述逆變控制信號具有響應於所述脈寬調製信號的相差。

較佳地，所述電能接收側控制電路包括：第二電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取所述第二信號；第二無線通信電路，用於以無線方式發送所述第二信號；所述電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收所述第二信號；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取所述第一信號；轉換電路，用於將所述第一信號轉換為第三信號，所述第三信號表徵所述第一信號與1/m的乘積；控制信號生成電路，生成所述逆變控制信號以最小化所述第二信號與所述第三信號的差值。

較佳地，所述控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於所述第二信號和所述第三信號差值的補償信號；比較器，比較所述補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據所述脈寬調製信號生成所述逆變控制信號，所述逆變控制信號具有響應於所述脈寬調製信號的相差。

第二態樣，提供一種電能發射端，用於以非接觸方式與包括接收線圈的電能接收端耦合以傳輸電能，所述電能發射端包括：逆變電路，用於接收電能，生成電壓强度參量響應於逆變控制信號的第一交流電；阻抗變換網路，用於接收所述第一交流電生成第二交流電，所述第二交流電的電流强度參量與所述第一交流電的電壓强度參量對應；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於接收所述第二交流電，所述發射線圈能以非接觸方式與所述接收線圈耦合；電能發射側控制電路，用於生成所述逆變控制信號以保持所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的電流强度參量的m倍，所述第三交流電為流過所述接收線圈的交流電，m為所述接收線圈的線圈等效電阻和所述發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，所述電壓强度參量為電壓峰值或有效值，所述電流强度參量為電流峰值或有效值。

較佳地，所述電能發射側控制電路以無線方式接收表徵所述第三交流電的電流强度參量的第二信號，檢測表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號，根據所述第一信號和所述第二信號生成所述逆變控制信號。

較佳地，所述電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收所述第二信 號；轉換電路，用於將所述第二信號轉換為第三信號，所述第三信號表徵所述第二信號與m的乘積；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號；控制信號生成電路，生成所述逆變控制信號以最小化所述第三信號與所述第一信號的差值。

較佳地，所述控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於所述第三信號和所述第一信號差值的補償信號；比較器，比較所述補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據所述脈寬調製信號生成所述逆變控制信號，所述逆變控制信號具有響應於所述脈寬調製信號的相差。

較佳地，所述電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收所述第二信號；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號；轉換電路，用於將所述第一信號轉換為第三信號，所述第三信號表徵所述第一信號與1/m的乘積；控制信號生成電路，生成所述逆變控制信號以最小化所述第二信號與所述第三信號的差值。

較佳地，所述控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於所述第二信號和所述第三信號差值的補償信號；比較器，比較所述補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據所述脈寬調製信號生成所述逆變控制信號，所述逆變控制信號具有響應於所述脈寬調製信號的相差。

第三態樣，提供一種控制方法，用於控制諧振型非接觸供電裝置，所述諧振型非接觸供電裝置包括逆變器、阻抗變換網路和以非接觸方式相互耦合的發射線圈和接收線圈，所述阻抗變換網路用於輸入第一交流電生成第二交流電，所述第二交流電的電流强度參量與所述第一交流電的電壓强度參量對應，所述控制方法包括：控制所述逆變電路輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的電流强度參量的m倍，所述第三交流電為流過所述接收線圈的交流電，m為所述接收線圈的線圈等效電阻和所述發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，所述電壓强度參量為電壓峰值或有效值，所述電流强度參量為電流峰值或有效值。

較佳地，控制所述逆變電路輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍包括： 獲取和以無線方式發送表徵所述第三交流電的電流强度參量的第二信號；接收所述第二信號，檢測獲取表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號；根據所述第一信號和所述第二信號與m的乘積生成逆變控制信號控制所述逆變電路。

較佳地，控制所述逆變電路輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍包括：獲取和以無線方式發送表徵所述第三交流電的電流强度參量的第二信號；接收所述第二信號，檢測獲取表徵所述第二交流電的電流强度參量的第一信號；根據所述第一信號與1/m的乘積和所述第二信號生成逆變控制信號控制所述逆變電路。

透過控制所述逆變電路輸出的高頻交流電壓峰值，使得流過發射線圈的交流電的電流强度參量(峰值或有效值)與流過接收線圈的交流電的電流强度參量保持預定關係，使得等效負載阻抗獲得調節，進而使得系統可以工作在效率最佳模式下。

11‧‧‧逆變器

12‧‧‧阻抗變換網路

13‧‧‧發射側諧振電路

14‧‧‧接收側諧振電路

15‧‧‧整流電路

16‧‧‧直流-直流(DC-DC)變換器

17‧‧‧控制電路

171‧‧‧電能發射側控制電路

172‧‧‧電能接收側控制電路

透過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中： 圖1是本發明實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路框圖；圖2是本發明實施例的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效電路圖；圖3是本發明實施例的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路解耦後的等效電路圖；圖4是圖3所示等效電路工作在自感諧振頻率下時的參數示意圖；圖5是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的另一形式的等效電路圖；圖6是本發明實施例的控制電路的電路框圖；圖7是本發明實施例的控制電路的工作波形圖；圖8是本發明實施例的另一個實施方式的控制電路的電路框圖；圖9是本發明實施例的控制方法的流程圖。

以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附 圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。

同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和申請專利範圍中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限於”的含義。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

圖1是本發明實施例的諧振型非接觸供電裝置的電路框圖。如圖1所示，諧振型非接觸供電裝置包括逆變器11、阻抗變換網路12、發射側諧振電路13、接收側諧振電路14、整流電路15、直流-直流(DC-DC)變換器16和控制電路17。

在本實施例中，逆變器11、阻抗變換網路12、發射 側諧振電路13屬諧振型非接觸供電裝置1的電能發射端。接收側諧振電路14、整流電路15、直流-直流變換器16屬諧振型非接觸供電裝置1的電能接收端。控制電路17包括電能發射側控制電路171和電能接收側控制電路172。電能發射側控制電路171為電能發射端的一部分，而電能接收側控制電路172為電能接收端的一部分。

電能發射端和電能接收端透過發射側諧振電路13和接收側諧振電路14分離地以非接觸方式耦合，從而實現電能傳輸。

在本發明實施例中，非接觸供電也可以被稱為無線供電，其是指電能發射端和電能接收端之間不依賴於導體連接進行電能傳輸的方式。

逆變電路11用於接收電能(亦即輸入直流電壓Vin)生成電壓强度參量響應於逆變控制信號的第一交流電Vac。在本實施例中，電壓强度參量可以為交流電的電壓峰值或電壓有效值。在後續的說明中，以採用電壓峰值作為電壓强度參量進行說明。

逆變器11可以是全橋式逆變電路、半橋式逆變電路以及其他任何公知的具有逆變功能的逆變器。

在圖1中，逆變電路11為由第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3和第四開關S4構成的開關型全橋式逆變電路。逆變電路11根據控制電路17輸出的逆變控制信號G1-G4動作。其中，逆變控制信號G1-G4分別控制開關S1-S4。透過使得第一開關S1和第三開關S3交替導通和 關斷，第二開關S2和第四開關S4交替導通和關斷可以實現將直流電逆變為交流電。透過控制開關S1-S4的開關頻率可以控制輸出的第一交流電Vac的頻率。透過控制開關S1、S3與開關S2、S4之間的導通的相位差，可以控制輸出的第一交流電Vac的電壓强度參量。由此，透過對應的逆變控制信號控制開關S1-S4的導通和關斷，可以實現控制第一交流電的電壓强度參量和頻率。

阻抗變換網路12用於接收第一交流電Vac生成第二交流電Ip。其中，第二交流電Ip的電流强度參量與第一交流電Vac的電壓强度參量對應，亦即，第二交流電Ip的電流强度參量由第一交流電Vac的電壓强度參量確定。在本實施例中，電流强度參量可以為交流電的電流峰值或電流有效值。在後續的說明中，以採用電壓峰值作為電壓强度參量進行說明。由此，透過逆變控制信號，可以控制輸入到發射側諧振電路13的第二交流電Ip的電流峰值。進一步地，這等效於在發射側諧振電路13的輸入端口連接一個恆定的交流電流源，並且，該交流電流源的電流峰值可調。

發射側諧振電路13包括發射線圈L1，用於接收第二交流電Ip。

為了平衡發射側諧振電路13中發射線圈L1的感抗以及電路中由寄生參數引起的感抗，消除高頻下由於這些寄生參數存在而產生的電壓尖峰和浪涌電流，减小電磁干擾和電源噪聲並達到减小電源的視在功率，提高電源的功率 因數，發射側諧振電路13中可以加入發射側諧振電容Cs，其與發射線圈L1串聯或並聯，以與發射線圈L1形成諧振電路。當然，本領域技術人員可以理解，在某些情况下可以利用電路的分布電容(例如發射線圈導線之間的分布電容)來作為發射側諧振電容，從而不必在電路中設置獨立的電容元件。

接收側諧振電路14包括接收線圈L2，接收線圈L2與發射側諧振電路13的發射線圈L1可以分離地以非接觸方式耦合，接收側諧振電路14用於從發射線圈L1接收電能生成第三交流電Id。

同時，為了减小電能接收端消耗的無功功率，增大諧振與磁耦合電路傳輸的有功功率，接收側諧振電路14可以加入接收側諧振電容Cd。如上所述，接收側諧振電容Cd可以利用電路其它元件的分布電容(例如線圈導線之間的分布電容)來實現，從而不必在電路中設置專門的電容元件。

發射側諧振電路13和接收側諧振電路14構成諧振與磁耦合電路。

整流電路15用於將第三交流電Id整流為直流電。

直流-直流變換器16用於將整流電路15輸出的直流電變換為符合負載要求的恆定電流或恆定電壓提供給負載LOAD。應理解，某些情况下，直流-直流變換器16並非必要，整流電路15可以直接與負載連接。

整流電路15、直流-直流變換器16和負載級聯形成的 電路可以等效為接收側諧振電路14的負載RL。

圖2是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的等效電路圖，亦即發射側諧振電路13和接收側諧振電路14的電路示意圖。

如圖2所示，發射線圈L1可以等效為第一理想線圈Ls以及線圈等效電阻Rs，同樣，接收線圈L2可以等效為第二理想線圈Ld以及線圈等效電阻Rd。第一理想線圈Ls和第二理想線圈Ld相互耦合。在圖2中，發射側諧振電路13和接收側諧振電路14均採用串聯諧振的方式來組成諧振電路，其中，發射側諧振電路13具有發射側諧振電容Cs，接收側具有接收側諧振電容Cd。如上所述，發射側諧振電容Cs和接收側諧振電容Cd可以為集總元件或者利用其它元件的分布參數實現。

由此，諧振和磁耦合電路構成一互感耦合電路。

通常，為了使得發射側諧振電路13和接收側諧振電路14能够以諧振方式傳遞能量，兩者具有相同的諧振頻率，亦即：

其中，fs為發射側諧振電路13的諧振頻率，fd為接收側諧振電路14的諧振頻率；Ls為第一理想線圈Ls的電感值，Ld為第二理想線圈Ld的電感值；Cs為發射側諧振電容的電容值，Cd為接收側諧振電容的電容值。

較佳地，可以設置使得第一理想線圈Ls的電感值等於第二理想線圈Ld的電感值，並且發射側諧振電容的電容值Cs等於接收側諧振電容的電容值Cd，從而使得發射側諧振電路13和接收側諧振電路14諧振頻率相同。

將上述諧振頻率稱為自感諧振頻率。工作在上述諧振頻率下時，發射側諧振電路13和接收側諧振電路14同時諧振，諧振和磁耦合電路中所有的電感和電容阻抗均相互抵消，系統具有很高的效率。

圖3是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路解耦後的等效電路圖。如圖3所示，由於發射線圈L1和接收線圈L2的耦合存在漏感和互感，圖2所示的諧振和磁耦合電路可以解耦等效為圖3的形式，即，將相互耦合的理想線圈Ls和Ld解耦為發射側漏電感Ls’、接收側漏電感Ld’和互感Lm。由此，圖2所示的諧振和磁耦合電路可以進一步等效為圖3所示的兩端口網路。

圖4是圖3所示等效電路工作在自感諧振頻率下時的參數示意圖。如圖4所示，當對發射側諧振電路13輸出具有自感諧振頻率ω₀的交流電Ip時，圖3中發射側漏電感Ls’和發射側諧振電容Cs的串聯電路的等效阻抗為-jω₀Lm，由此，可以與互感的阻抗抵消，從而使得電能發射端輸入端口的阻抗最小，發射側諧振電路諧振。同時，接收側漏電感Ld’和接收側諧振電容Cd的串聯電路的等效阻抗為-jω₀Lm，從而使得電能接收端輸出端口的阻抗最小，接收側諧振電路諧振。

此時，系統的效率η滿足如下公式：

其中，RL為等效負載阻抗。

根據上述公式，系統效率最大時，等效負載阻抗滿足：

,其中,

其中，k為耦合係數；Qs和Qd分別為發射線圈和接收線圈的品質因數，電抗元件的品質因數等於其電抗與其等效電阻的比值。通常Qs和Qd均大於100，由此使得上述公式中的U遠大於1。

因此，在系統效率最大時，等效負載阻抗需滿足：

圖5是本發明的諧振型非接觸供電裝置的諧振與磁耦合電路的另一形式的等效電路圖。對於本發明實施例的諧振與磁耦合電路，發射側諧振電路13的輸入端等效於連接具有恆定峰值的交流電流源。根據互感耦合的電壓電流關係，輸入的具有恆定峰值的交流電流會在接收側諧振電 路通過互感耦合產生具有恆定峰值的交流電壓。由此，將發射側等效為連接在接收側輸入端口的交流電壓源，其輸出的交流電壓滿足ω₀LmIp。同時，將接收側及其負載等效為連接在發射側輸出端口的反射阻抗Zd。

根據圖5所示的等效電路，接收側的輸出電壓Vd近似等於ω₀LmIp。由此，在系統工作在自感諧振頻率下，系統效率最高時，接收側的交流電流Id滿足：

進而有：

上述公式說明，透過保持發射側諧振電路輸入的第二交流電和接收側諧振電路的第三交流電的電流强度參量保持預定關係，可以使得接收側的等效負載阻抗最優，進入使得系統工作在效率最優狀態。

基於以上原理，本發明實施例的控制電路17用於生成逆變控制信號G1-G4以保持第二交流電Ip的電流强度參量為第三交流電Id的電流强度參量的m倍。第二交流電為流過所述發射線圈的交流電。第三交流電為流過所述接收線圈的交流電。m為所述接收線圈等效電阻和所述發 射線圈等效電阻比值的二分之一次方。電流强度參量可以為電流峰值或電流有效值。

具體地，控制電路17包括電能發射側控制電路171和電能接收側控制電路172。

電能接收側控制電路172用於獲取和發送表徵第三交流電的電流强度參量的第二信號V2。

電能發射側控制電路171用於接收第二信號V2，檢測表徵第二交流電的電流强度參量的第一信號V1，並根據第一信號V1和第二信號V2生成逆變控制信號G1-G4。

圖6是本發明實施例的控制電路的電路框圖。如圖6所示，電能接收側控制電路172包括第二電流强度參量檢測電路DET2和第二無線通信電路COM2。

第二電流强度參量檢測電路DET2用於檢測第三交流電Id或其採樣信號F(Id)，以獲取表徵其强度參量的第二信號V2。

第二無線通信電路COM2用於以無線方式發送第二信號V2。所述無線方式可以是無線電通訊、光通訊或其它通訊方式。

電能發射側控制電路171包括第一無線通信電路COM1、轉換電路TRANS、第一電流强度參量檢測電路DET1和控制信號生成電路CTR。

第一無線通信電路COM1用於以無線方式接收第二信號V2。

轉換電路TRANS用於將第二信號V2轉換為第三信號V3，第三信號V3表徵第二信號V2與m的乘積，也即V3=V2*m。由於Rs和Rd是固定值，因此，m也是固定值。較佳地，轉換電路TRANS可以設置為乘法器。

第一電流强度參量檢測電路DET1用於檢測第二交流電Ip或其採樣信號F(Ip)獲取表徵第二交流電的電流强度參量的第一信號V1。

控制信號生成電路CTR生成逆變控制信號G1-G4以最小化所述第三信號V3與第一信號V1的差值。

具體地，控制信號生成電路CTR可以包括補償電路CP、比較器CMP和移相控制電路PHASE。

補償電路CP用於生成響應於第三信號V3和第一信號V1的差值V3-V1的補償信號Vc。如圖6所示，補償電路可以包括誤差放大器EA和補償電容C1。

比較器CMP比較補償信號Vc與三角波信號Ramp生成脈寬調製信號PWM。

移相控制電路PHASE輸出逆變控制信號G1-G4，逆變控制信號G1-G4具有響應於脈寬調製信號PWM的相差。

應理解，在Rs=Rd時，m等於1，在此前提下，電能發射側控制電路171中的轉換電路TRANS可以被省去。

此時，第一信號V1和第二信號V2被直接輸入控制信號生成電路CTR，控制信號生成電路CTR生成逆變控制信號G1-G4以最小化第二信號與第一信號的差值。

圖7是本發明實施例的控制電路的工作波形圖。如圖7所示，在脈寬調製信號的高電平部分(亦即三角波信號Ramp小於補償信號Vc的部分)限定了當前周期逆變控制信號G2相對於逆變控制信號G1的相差α和逆變控制信號G4相對於逆變控制信號G3的相差α。具有該相差的逆變控制信號控制逆變電路11輸出的第一交流電的電壓峰值，使得第二交流電的電流强度參量和第三交流電的電流强度參量保持預定關係，進而使得諧振型非接觸供電裝置以最大效率工作。

圖8是本發明實施例的另一個實施方式的控制電路的電路框圖。如圖8所示，電能接收側控制電路172與圖6中的電能接收側控制電路相同，在此不再贅述。

電能發射側控制電路171包括第一無線通信電路COM1、轉換電路TRANS’、第一電流强度參量檢測電路DET1和控制信號生成電路CTR。

第一無線通信電路COM1用於以無線方式接收第二信號V2。

第一電流强度參量檢測電路DET1用於檢測第二交流電Ip或其採樣信號F(Ip)獲取表徵第二交流電的電流强度參量的第一信號V1。

轉換電路TRANS’用於將第一信號V1轉換為第三信號V3，第三信號V3表徵第二信號V2與1/m的乘積，也即V3=V1/m。由於Rs和Rd是固定值，因此，m也是固定值。較佳地，轉換電路TRANS’可以設置為乘法器。

應理解，在Rs=Rd時，m等於1，在此前提下，電能發射側控制電路171中的轉換電路TRANS可以被省去。

控制信號生成電路CTR生成逆變控制信號G1-G4以最小化所述第二信號V2與第三信號V3的差值。

具體地，控制信號生成電路CTR可以包括補償電路CP、比較器CMP和移相控制電路PHASE。

補償電路CP用於生成響應於第二信號V2和第三信號V3的差值V2-V3的補償信號Vc。如圖8所示，補償電路可以包括誤差放大器EA和補償電容C1。

比較器CMP比較補償信號Vc與三角波信號Ramp生成脈寬調製信號PWM。

移相控制電路PHASE輸出逆變控制信號G1-G4，逆變控制信號G1-G4具有響應於脈寬調製信號PWM的相差。

由於第一信號並未經無線傳輸，其信號質量較好，本實施方式透過對第一信號進行轉換，可以更好地保證控制精度。

圖9是本發明實施例的控制方法的流程圖。圖9所示的控制方法由控制器17實施，如圖9所示，所述方法為：控制所述逆變電路輸出的高頻交流電壓峰值，使得所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍。第二交流電為流過所述發射線圈的交流電，第三交流電為流過所述接收線圈的交流電，m為所述接收線圈的線圈等效電阻和所述發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次 方，所述電壓强度參量為電壓峰值或有效值，所述電流强度參量為電流峰值或有效值。

其中，控制所述逆變電路輸出的高頻交流電壓峰值，使得所述第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍包括：

步驟910、獲取和發送表徵第三交流電的電流强度參量的第二信號。

步驟920、接收所述第二信號，檢測表徵第二交流電的電流强度參量的第一信號。

步驟930、根據所述第一信號和所述第二信號與m的乘積生成逆變控制信號控制所述逆變電路。

同時，步驟930還可以被替換為步驟930’，根據所述第一信號與1/m的乘積和所述第二信號生成逆變控制信號控制所述逆變電路。

透過控制所述逆變電路輸出的高頻交流電的電壓强度參量，使得流過發射線圈的交流電的電流强度參量(峰值或有效值)與流過接收線圈的交流電的電流强度參量保持預定關係，使得等效負載阻抗獲得調節，進而使得系統可以工作在效率最優模式下。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

11‧‧‧逆變器

12‧‧‧阻抗變換網路

13‧‧‧發射側諧振電路

14‧‧‧接收側諧振電路

15‧‧‧整流電路

16‧‧‧直流-直流(DC-DC)變換器

17‧‧‧控制電路

171‧‧‧電能發射側控制電路

172‧‧‧電能接收側控制電路

Claims (15)

1. 一種諧振型非接觸供電裝置，包括：逆變電路，用於接收電能生成電壓强度參量響應於逆變控制信號的第一交流電；阻抗變換網路，用於接收該第一交流電生成第二交流電，該第二交流電的電流强度參量與該第一交流電的電壓强度參量對應；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於接收該第二交流電；接收側諧振電路，包括接收線圈，該接收線圈與該發射線圈分離地以非接觸方式耦合，該接收側諧振電路用於從該發射線圈接收電能生成第三交流電；控制電路，用於生成該逆變控制信號以控制該逆變電路的開關，保持該第二交流電的電流強度參量為該第三交流電的電流强度參量的m倍，m為該接收線圈的線圈等效電阻和該發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，該電壓强度參量為電壓峰值或有效值，該電流强度參量為電流峰值或有效值。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制電路包括：電能接收側控制電路，用於獲取和以無線方式發送表徵該第三交流電的電流强度參量的第二信號；電能發射側控制電路，用於接收該第二信號，並檢測表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號，根據該第 一信號和該第二信號生成該逆變控制信號。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的諧振型非接觸供電裝置，其中，該電能接收側控制電路包括：第二電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取該第二信號；第二無線通信電路，用於以無線方式發送該第二信號；該電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收該第二信號；轉換電路，用於將該第二信號轉換為第三信號，該第三信號表徵該第二信號與m的乘積；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取該第一信號；控制信號生成電路，生成該逆變控制信號以最小化該第三信號與該第一信號的差值。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於該第三信號和該第一信號差值的補償信號；比較器，比較該補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據該脈寬調製信號生成該逆變控制信號，該逆變控制信號具有響應於該脈寬調製信號的相 差。
5. 根據申請專利範圍第2項所述的諧振型非接觸供電裝置，其中，該電能接收側控制電路包括：第二電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取該第二信號；第二無線通信電路，用於以無線方式發送該第二信號；該電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收該第二信號；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取該第一信號；轉換電路，用於將該第一信號轉換為第三信號，該第三信號表徵該第一信號與1/m的乘積；控制信號生成電路，生成該逆變控制信號以最小化該第二信號與該第三信號的差值。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的諧振型非接觸供電裝置，其中，該控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於該第二信號和該第三信號差值的補償信號；比較器，比較該補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據該脈寬調製信號生成該逆變控制信號，該逆變控制信號具有響應於該脈寬調製信號的相 差。
7. 一種電能發射端，用於以非接觸方式與包括接收線圈的電能接收端耦合以傳輸電能，該電能發射端包括：逆變電路，用於接收電能，生成電壓强度參量響應於逆變控制信號的第一交流電；阻抗變換網路，用於接收該第一交流電生成第二交流電，該第二交流電的電流强度參量與該第一交流電的電壓强度參量對應；發射側諧振電路，包括發射線圈，用於接收該第二交流電，該發射線圈能以非接觸方式與該接收線圈耦合；電能發射側控制電路，用於生成該逆變控制信號以控制該逆變電路的開關，保持該第二交流電的電流强度參量為第三交流電的電流强度參量的m倍，該第三交流電為流過該接收線圈的交流電，m為該接收線圈的線圈等效電阻和該發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，該電壓强度參量為電壓峰值或有效值，該電流强度參量為電流峰值或有效值。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的電能發射端，其中，該電能發射側控制電路以無線方式接收表徵該第三交流電的電流强度參量的第二信號，檢測表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號，根據該第一信號和該第二信號生成該逆變控制信號。
9. 根據申請專利範圍第8項所述的電能發射端，其中，該電能發射側控制電路包括： 第一無線通信電路，用於以無線方式接收該第二信號；轉換電路，用於將該第二信號轉換為第三信號，該第三信號表徵該第二信號與m的乘積；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號；控制信號生成電路，生成該逆變控制信號以最小化該第三信號與該第一信號的差值。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的電能發射端，其中，該控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於該第三信號和該第一信號差值的補償信號；比較器，比較該補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據該脈寬調製信號生成該逆變控制信號，該逆變控制信號具有響應於該脈寬調製信號的相差。
11. 根據申請專利範圍第8項所述的電能發射端，其中，該電能發射側控制電路包括：第一無線通信電路，用於以無線方式接收該第二信號；第一電流强度參量檢測電路，用於檢測獲取表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號；轉換電路，用於將該第一信號轉換為第三信號，該第 三信號表徵該第一信號與1/m的乘積；控制信號生成電路，生成該逆變控制信號以最小化該第二信號與該第三信號的差值。
12. 根據申請專利範圍第11項所述的電能發射端，其中，該控制信號生成電路包括：補償電路，用於生成響應於該第二信號和該第三信號差值的補償信號；比較器，比較該補償信號與三角波信號生成脈寬調製信號；移相控制電路，根據該脈寬調製信號生成該逆變控制信號，該逆變控制信號具有響應於該脈寬調製信號的相差。
13. 一種控制方法，用於控制諧振型非接觸供電裝置，該諧振型非接觸供電裝置包括逆變器、阻抗變換網路和以非接觸方式相互耦合的發射線圈和接收線圈，該阻抗變換網路用於輸入第一交流電生成第二交流電，該第二交流電的電流强度參量與該第一交流電的電壓强度參量對應，該控制方法包括下列步驟：透過控制逆變電路的開關來控制輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得該第二交流電的電流强度參量為第三交流電的電流强度參量的m倍，該第三交流電為流過該接收線圈的交流電，m為該接收線圈的線圈等效電阻和該發射線圈的線圈等效電阻比值的二分之一次方，該電壓强度參量為電壓峰值或有效值，該電流强度參量為電流峰值 或有效值。
14. 根據申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中，控制該逆變電路輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得該第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍的步驟包括：獲取和以無線方式發送表徵該第三交流電的電流强度參量的第二信號；接收該第二信號，檢測獲取表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號；根據該第一信號和該第二信號與m的乘積生成逆變控制信號控制該逆變電路。
15. 根據申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中，控制該逆變電路輸出的第一交流電的電壓强度參量，使得該第二交流電的電流强度參量為第三交流電的m倍的步驟包括：獲取和以無線方式發送表徵該第三交流電的電流强度參量的第二信號；接收該第二信號，檢測獲取表徵該第二交流電的電流强度參量的第一信號；根據該第一信號與1/m的乘積和該第二信號生成逆變控制信號控制該逆變電路。