控制谐振无线电源的系统和方法
【专利说明】控制谐振无线电源的系统和方法
[0001] 夺叉参考相关申请
[0002] 本申请要求2012年8月3日申请的序号为No. 61/679, 298的临时申请的优先权， 其全部参考并入本文。
【背景技术】
[0003] 本发明关于无线系统领域，且特别关于允许电力随着变化在匹配网络中有效率地 全部传送的谐振无线电力系统。
[0004] 在无线电力系统中，形成松親合的（loosely-coupled)变压器的感应线圈用于以 非接触的方式传送电力。在谐振无线电力（ResonantWirelessPower，RWP)系统中，阻抗 匹配网络用于消除那些感应线圈的无功阻抗，允许电力更有效地通过系统传送。在具有电 阻性负载的理想的RWP系统中，匹配网络可以完美地调谐以删除所有无功阻抗，创建完美 的匹配的电路。在实际的RWP系统中，然而，此理想的模型无法拥有。负载电力根据正被服 务的装置的需求而变化，导致变化的负载阻抗。源和负载线圈之间的耦合因素随着充电器 和充电装置的相对位置而改变。且，在大量生产的装置中，匹配网络遭遇制造变化，所以他 们从不能完美调谐。
[0005] 存在两个复变阻抗，可用于描述RWP系统的最重要的方面：开路阻抗Zoc和反射阻 抗Zref。源线圈和接收器线圈的互感或耦合可以用多个不通的方式模拟。在我们的优选方 法中，耦合模拟为与接收器（次级）线圈串联的电流控制的电压源。从此电压源看到的（包 含线圈、匹配网络以及负载（整流器、DC/DC、负载电流）的阻抗是Zoc。在源（初级）侦牝 当出现耦合时，可以将耦合的效应模拟为与源线圈串连的阻抗，称为Zref，反射阻抗。开路 阻抗和反射阻抗是复数量，包含实数部（阻性的）和虚数部（无功）。对于1 :1RWP系统， 反射阻抗通过以下公式关于开路阻抗：
【主权项】
1. 一种谐振电源，其特征在于，包含： 源电路，包含源线圈，具有第一电阻的交流驱动器，所述第一电阻表示所述交流驱动器 的等效输出阻抗，以及匹配网络； 电流探头，测量瞬时源线圈电流的幅度信号； 放大器，接收和比较所述幅度信号和目标信号，且产生与差别成比例的错误信号；以及 补偿滤波器，接收所述错误信号并产生确定所述交流驱动器的交流驱动器电压的控制 电压。
2. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，所述交流驱动器电压是与所述幅度信 号线性成比例的。
3. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，所述电流探头、所述放大器、所述补偿 滤波器和所述源电路形成反馈环，所述反馈环使所述幅度信号在稳态基本等于所述目标信 号。
4. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，当由所述交流驱动器看到的阻抗增加 时，所述源电路增加所述交流驱动器电压。
5. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，所述补偿滤波器提供范围限制或摆率 限制性质，以在瞬态中控制所述源电路的行为。
6. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，所述电流探头还测量瞬时源线圈电流 的相位，以及所述谐振电源还包括： 电压探头，测量所述交流驱动器电压的相位；以及 相位检测器，接收和比较所述瞬时源线圈电流和所述瞬时交流驱动器电压的相位，并 产生与相位差成比例的输出信号； 其中所述源电路中的可变元件的阻抗是根据所述输出信号确定的。
7. 如权利要求6所述的谐振电源，其特征在于，所述可变元件是可变电容或可变电感。
8. 如权利要求6所述的谐振无线电力系统，其特征在于，所述可变元件当所述相位差 为正时变得更电容性的。
9. 如权利要求6所述的谐振无线电力系统，其特征在于，所述交流驱动器电压和所述 瞬时线圈电流之间的所述相位差被迫使为零。
10. 如权利要求6所述的谐振无线电力系统，其特征在于，由所述交流驱动器看到的阻 抗是实数。
11. 如权利要求1所述的谐振电源，其特征在于，所述匹配网络中的可变部件用于控制 传递到所述源线圈的电力。
12. -种谐振电源，其特征在于，包含： 源电路，包含源线圈，具有第一电阻的交流驱动器，所述第一电阻表示所述交流驱动器 的等效输出阻抗，以及匹配网络； 电流探头，测量瞬时源线圈电流的相位； 电压探头，测量所述交流驱动器的交流驱动器电压的相位； 相位检测器，接收和比较所述瞬时源线圈电流和所述瞬时交流驱动器电压的相位，并 产生与相位差成比例的第一输出信号； 放大器，接收和放大所述第一输出信号，并产生放大后的信号；以及 补偿滤波器，接收所述放大后的信号并产生确定所述源电路中可变元件的阻抗的控制 电压。
13. 如权利要求12所述的谐振电源，其特征在于，所述可变元件包含可变电容或可变 电感。
14. 如权利要求12所述的谐振电源，其特征在于，所述相位检测器、所述放大器和所述 补偿滤波器形成控制环，所述控制环被配置以便当所述相位差为正时，所述可变元件变得 更电容性的。
15. 如权利要求14所述的谐振电源，其特征在于，所述控制环由此迫使所述交流驱动 器电压和所述瞬时线圈电流之间的所述相位差为零。
16. 如权利要求12所述的谐振电源，其特征在于，由所述交流驱动器看到的阻抗是实 数。
17. 如权利要求12所述的谐振电源，其特征在于，所述交流驱动器电压的幅度是固定 的。
18. 如权利要求12所述的谐振电源，其特征在于，所述匹配网络中的可变元件用于控 制传递到所述源线圈的电力。
【专利摘要】一种谐振无线电力系统，包含源电路，具有源线圈、具有第一电阻的交流驱动器以及匹配网络，第一电阻表示交流驱动器的等效输出阻抗。电流探头，测量瞬时源线圈电流的幅度信号。电压探头，测量瞬时交流驱动器电压。相位检测器，比较瞬时源线圈电流和瞬时交流驱动器电压的相位，并产生与相位差成比例的第一输出信号。第一放大器，比较幅度信号和目标信号，并产生与差别成比例的错误信号。第一补偿滤波器，产生确定交流驱动器供应电压的控制电压。第二放大器，放大第一输出信号。第二补偿滤波器，产生确定源电路中可变元件阻抗的控制电压。
【IPC分类】H02J17-00
【公开号】CN104521103
【申请号】CN201380041252
【发明人】阿南德·萨慕斯, 哈斯南·阿克拉姆, 派翠克·史丹利·里尔
【申请人】联发科技（新加坡）私人有限公司
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2013年8月5日
【公告号】EP2880740A1, US20140035384, WO2014021787A1