專利名稱：感應(yīng)功率傳送控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)功率傳送領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于控制向去耦合拾取器的功率感應(yīng)傳送的方法和電路，該方法和電路使對軌道電流的瞬時擾動最小化。
背景技術(shù)：
在感應(yīng)功率傳送(IPT)系統(tǒng)中，在交變電流功率電源供應(yīng)的初級導(dǎo)通路徑或軌道(功率電源和軌道一起形成IPT系統(tǒng)的初級側(cè))和與軌道感應(yīng)地耦合的一個或多個拾取器(形成系統(tǒng)的次級側(cè))之間感應(yīng)地傳送功率。拾取器包括由至少拾取器線圈和調(diào)諧電容器構(gòu)成的調(diào)諧或諧振電路。兩個常見拾取器拓?fù)涫瞧渲信c拾取器線圈串聯(lián)地提供調(diào)諧電容器的串聯(lián)調(diào)諧拾取器和其中與拾取器線圈并聯(lián)地提供調(diào)諧電容器的并聯(lián)調(diào)諧拾取器。調(diào)諧電路通常電耦合到控制電路(通常包括整流器和轉(zhuǎn)換器或調(diào)節(jié)器)以獲得用于向負(fù)載供應(yīng)的所需輸出。備選拾取器拓?fù)浞Q為如例如圖1中所示串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCI(感應(yīng)器-電容器-感應(yīng)器)拾取器。用與慢速切換并聯(lián)調(diào)諧拾取器相似的慢速切換(即比IPT軌道的頻率少得多的切換頻率)去耦合控制方法控制串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL拾取器拓?fù)?下文稱為LCL拾取器)。慢速切換拓?fù)涞膯栴}是拾取器在正常功率調(diào)節(jié)期間汲取的瞬時涌入功率。在多個拾取器系統(tǒng)中，每當(dāng)接通拾取器時，瞬時功率涌入瞬時地減少軌道電流。這一擾動如果大的話將限制向耦合到軌道的所有其它拾取器的功率流量。以下引用文獻(xiàn)描述一種用于使用并聯(lián)LC調(diào)諧拾取器控制器來使這一軌道電流瞬時擾動最小化的控制電路拓?fù)?Boys，J.T.;Chen,C.1.;Covicj G.A.;"Controlling inrush currents in inductively coupledpower systems，〃The7th International Power Engineering Conference，2005，Vol.2，pp.1046-1051，Nov.292005-Dec.22005。然而，不能在使用現(xiàn)有設(shè)計方式的LCL拓?fù)渲惺褂眠@一簡單方式，因?yàn)樗陂_關(guān)模式電路中需要用于連續(xù)電流導(dǎo)通的大型DC感應(yīng)器。發(fā)明目的因此本發(fā)明的一個目的是提供一種克服或緩解現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺點(diǎn)或備選地至少向公眾提供有用選擇的電路和/或方法。本發(fā)明的更多目的將從下文描述中變得清楚。

發(fā)明內(nèi)容
因而在一個方面，本發(fā)明可以廣義地視為在于一種用于感應(yīng)功率傳送(IPT)拾取器的控制方法，IPT拾取器包括來自諧振電路的AC輸入，AC輸入電耦合到二極管橋接器，二極管橋接器適于整流來自AC輸入的AC電流并且向DC輸入供應(yīng)DC電流，該方法包括:有選擇地分流二極管橋接器的第一二極管以使AC電流在AC電流的正時段期間向諧振電路再循環(huán)；并且有選擇地分流二極管橋接器的第二二極管以使AC電流在AC電流的負(fù)時段期間向諧振電路再循環(huán)；其中所述第一二極管和第二二極管的分流與AC電流同步，由此調(diào)整AC電流的所述正時段和負(fù)時段的預(yù)定比例以向DC輸出供應(yīng)DC電流，并且向諧振電路再循環(huán)AC電流的所述正時段和負(fù)時段的剩余比例。優(yōu)選地，所述預(yù)定比例出現(xiàn)于AC電流的正時段和負(fù)時段中的每個時段的開始，其中所述第一二極管或第二二極管分別在AC電流的相應(yīng)過零之后導(dǎo)通AC電流，并且通過在適當(dāng)時間分流所述相應(yīng)第一二極管或第二二極管來再循環(huán)正時段或負(fù)時段的剩余比例。其中二極管首先導(dǎo)通的這一操作模式在本文中稱為模式I。備選地，所述預(yù)定比例朝著AC電流的正時段和負(fù)時段中的每個時段的結(jié)束出現(xiàn)，其中所述第一二極管或第二二極管分別在AC電流的相應(yīng)過零時被分流以初始地再循環(huán)AC電流，然后取消分流相應(yīng)第一二極管或第二二極管以導(dǎo)通AC電流持續(xù)正時段或負(fù)時段的預(yù)定比例。其中二極管首先被分流的這一操作模式在本文中稱為模式II。優(yōu)選地，所述正時段和負(fù)時段的預(yù)定比例與所需DC輸出成比例，其中該方法還包括以下步驟:感測DC輸出并且相應(yīng)地調(diào)整所述預(yù)定比例以獲得所述所需DC輸出。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:在接通拾取器時將所述預(yù)定比例緩慢地增加至所需比例。優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:在關(guān)斷拾取器時將所述預(yù)定比例緩慢地減少至零。優(yōu)選地，通過有選擇地閉合與相應(yīng)所述第一二極管和第二二極管并聯(lián)地提供的第一開關(guān)和第二開關(guān)來有選擇地控制所述分流。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)在所述第一二極管或第二二極管分別導(dǎo)通時關(guān)斷。優(yōu)選地，諧振電路包括串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL (感應(yīng)器-電容器-感應(yīng)器)拾取器電路。根據(jù)第二方面，本發(fā)明可以廣義地視為在于一種適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的IPT拾取器控制器。根據(jù)第三方面，本發(fā)明可以廣義地視為在于一種感應(yīng)功率傳送(IPT)拾取器控制器，該IPT拾取器控制器包括:用于從諧振電路接收AC電流的輸入；用于向負(fù)載供應(yīng)DC電流的輸出；以及控制電路，電耦合輸入和輸出，控制電路包括二極管橋接器、分流開關(guān)和用于有選擇地操作所述開關(guān)以與AC電流同步地分流所述二極管橋接器的第一二極管和第二二極管的控制裝置。優(yōu)選地，所述控制裝置適于使用所述分流開關(guān)來有選擇地分流所述第一二極管和第二二極管，由此二極管橋接器調(diào)整并且向輸出供應(yīng)AC電流的正時段和負(fù)時段的相應(yīng)預(yù)定比例，并且向諧振電路再循環(huán)AC電流的正時段和負(fù)時段的相應(yīng)剩余比例。優(yōu)選地，所述分流開關(guān)包括兩個開關(guān)，與相應(yīng)所述第一二極管和第二二極管并聯(lián)地提供所述兩個開關(guān)中的每個開關(guān)，其中所述第一二極管和第二二極管具有共同正極。備選地，所述分流開關(guān)可以包括具有共同負(fù)極的兩個開關(guān)，與相應(yīng)第一二極管和第二二極管并聯(lián)地提供每個開關(guān)。優(yōu)選地，開關(guān)包括MOSFET晶體管，其中所述第一二極管和第二二極管包括所述MOSFET晶體管的體二極管。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括感測裝置，感測裝置形成用于感測輸出的反饋回路并且調(diào)整所述預(yù)定比例以獲得所需輸出。優(yōu)選地，所述控制裝置還包括用于相對于AC電流的過零同步第一二極管和第二二極管的分流的過零檢測器。根據(jù)第四方面，本發(fā)明可以廣義地視為在于一種IPT拾取器，該IPT拾取器適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法和/或包括根據(jù)本發(fā)明的第二方面或第三方面的IPT拾取器控制器。優(yōu)選地，所述諧振電路包括串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL (感應(yīng)器-電容器-感應(yīng)器)諧振電路。根據(jù)第五方面，本發(fā)明可以廣義地視為在于一種IPT系統(tǒng)，該IPT系統(tǒng)包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的第二方面或第三方面的拾取器控制器和/或至少一個根據(jù)本發(fā)明的第四方面的IPT拾取器。本發(fā)明的應(yīng)當(dāng)在所有它的新穎方面中考慮的更多方面將從下文描述中變得清楚。


現(xiàn)在將參照附圖通過例子描述本發(fā)明的多個實(shí)施例，其中:圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL拾取器的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL拾取器的電路圖；圖3示出如圖2中大體上示出的電路的例子當(dāng)在第一模式(為模式I)中操作時的仿真波形；圖4示出相同例子電路當(dāng)在第二模式(模式II)中操作時的仿真波形；圖5的圖形示出相同例子電路當(dāng)在模式I中操作時針對各種Vrc/V。。比值的歸一化輸出電流相對于開關(guān)導(dǎo)通區(qū)間；圖6的圖形示出相同例子電路當(dāng)在模式II中操作時針對各種Vrc/V。。比值的歸一化輸出電流相對于開關(guān)導(dǎo)通區(qū)間；圖7的圖形示出相同例子電路當(dāng)在模式I中操作時針對各種Vrc/V。。比值的歸一化反射電抗阻抗相對于開關(guān)導(dǎo)通區(qū)間；圖8的圖形示出相同例子電路當(dāng)在模式II中操作時針對各種VDe/V。。比值的歸一化反射電抗阻抗相對于開關(guān)導(dǎo)通區(qū)間；并且圖9示出使用圖2的電路并且在半額定負(fù)載時在模式I之下操作的根據(jù)本發(fā)明的例子拾取器電路的實(shí)際波形。圖10示出使用圖2的電路并且在各種負(fù)載條件(1/3、2/3和額定負(fù)載)之下在模式I中操作的根據(jù)本發(fā)明的例子拾取器電路的實(shí)際波形。圖11示出使用圖2的電路越過負(fù)載范圍在模式I中操作的根據(jù)本發(fā)明的拾取器電路的效率測量。
具體實(shí)施例方式貫穿說明書，相似標(biāo)號將用來指代不同實(shí)施例中的相似特征。本發(fā)明提供一種用于串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL拾取器的控制方法和/或電路，該方法和/或電路實(shí)現(xiàn)整流和功率調(diào)節(jié)二者。本發(fā)明在本文中一般稱為“循環(huán)電流控制”。它以與其中控制開關(guān)以與IPT軌道頻率同步地切換的傳統(tǒng)SCR控制整流器相似的方式操作。控制占空比以保證實(shí)現(xiàn)平滑平均輸出功率，從而能夠提供在全通與全斷狀態(tài)之間的平滑功率轉(zhuǎn)變或表現(xiàn)為快速切換(即切換頻率與IPT軌道頻率相似或同步)控制拓?fù)?。首先參照圖1中所示現(xiàn)有技術(shù)的拾取器，特征阻抗X由下式給出:
權(quán)利要求
1.一種用于感應(yīng)功率傳送(IPT)拾取器的控制方法，所述IPT拾取器包括來自諧振電路的AC輸入，所述AC輸入電耦合到二極管橋接器，所述二極管橋接器適于整流來自所述AC輸入的AC電流并且向DC輸出供應(yīng)DC電流，所述方法包括: 有選擇地分流所述二極管橋接器的第一二極管以使所述AC電流在所述AC電流的正時段期間向所述諧振電路再循環(huán)；并且 有選擇地分流所述二極管橋接器的第二二極管以使所述AC電流在所述AC電流的負(fù)時段期間向所述諧振電路再循環(huán)； 其中所述第一二極管和第二二極管的分流與所述AC電流同步，由此調(diào)整所述AC電流的所述正時段和負(fù)時段的預(yù)定比例以向所述DC輸出供應(yīng)所述DC電流，并且向所述諧振電路再循環(huán)所述AC電流的所述正時段和負(fù)時段的剩余比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述預(yù)定比例出現(xiàn)于所述AC電流的所述正時段和負(fù)時段中的每個時段的開始，其中所述第一二極管或第二二極管分別在所述AC電流的相應(yīng)過零之后導(dǎo)通所述AC電流，并且通過在適當(dāng)時間分流所述相應(yīng)第一二極管或第二二極管來再循環(huán)所述正時段或負(fù)時段的剩余比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述預(yù)定比例朝著所述AC電流的所述正時段和負(fù)時段中的每個時段的結(jié)束出現(xiàn)，其中所述第一二極管或第二二極管分別在所述AC電流的相應(yīng)過零時被分流以初始地再循環(huán)所述AC電流，然后取消分流所述相應(yīng)第一二極管或第二二極管以導(dǎo)通所述AC電流持續(xù)所述正時段或負(fù)時段的所述預(yù)定比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其中所述正時段和負(fù)時段的所述預(yù)定比例與所需DC輸出成比例，其中所述方法還包括以下步驟:感測所述DC輸出并且相應(yīng)地調(diào)整所述預(yù)定比例以獲得所述所需DC輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其中所述方法還包括以下步驟:在接通所述拾取器時將所述預(yù)定比例緩慢地增加至所需比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其中所述方法還包括以下步驟:在關(guān)斷所述拾取器時將所述預(yù)定比例緩慢地減少至零。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其中通過有選擇地閉合與相應(yīng)所述第一二極管和第二二極管并聯(lián)地提供的第一開關(guān)和第二開關(guān)來有選擇地控制所述分流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其中所述第一開關(guān)和第二開關(guān)在所述第一二極管或第二二極管分別導(dǎo)通時關(guān)斷。
9.一種IPT拾取器控制器，適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法。
10.一種感應(yīng)功率傳送(IPT)拾取器控制器，包括: 用于從諧振電路接收AC電流的輸入； 用于向負(fù)載供應(yīng)DC電流的輸出；以及 控制電路，所述控制電路電耦合所述輸入和所述輸出，所述控制電路包括二極管橋接器、分流開關(guān)和用于有選擇地操作所述開關(guān)以與所述AC電流同步地分流所述二極管橋接器的第一二極管和第二二極管的控制裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制裝置適于使用所述分流開關(guān)來有選擇地分流所述第一二極管和第二二極管，由此所述二極管橋接器調(diào)整并且向所述輸出供應(yīng)所述AC電流的正時段和負(fù)時段的相應(yīng)預(yù)定比例，并且向所述諧振電路再循環(huán)所述AC電流的所述正時段和負(fù)時段的相應(yīng)剩余比例。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的IPT拾取器控制器，其中所述分流開關(guān)包括兩個開關(guān)，與相應(yīng)所述第一二極管和第二二極管并聯(lián)地提供所述開關(guān)，其中所述第一二極管和第二二極管具有共同正極。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的IPT拾取器控制器，其中所述開關(guān)包括MOSFET晶體管，并且所述第一二極管和第二二極管包括所述MOSFET晶體管的體二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一項(xiàng)所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制裝置還包括感測裝置，所述感測裝置形成用于感測所述輸出的反饋回路并且實(shí)現(xiàn)調(diào)整所述預(yù)定比例以獲得所需輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制裝置還包括用于相對于所述AC電流的過零同步所述第一二極管和第二二極管的分流的過零檢測 器。
16.一種IPT拾取器，適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法和/或包括根據(jù)權(quán)利要求9至15中的任一項(xiàng)所述的IPT拾取器控制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的IPT拾取器，其中所述諧振電路包括串聯(lián)-并聯(lián)調(diào)諧LCL(感應(yīng)器-電容器-感應(yīng)器)諧振電路。
18.一種IPT系統(tǒng)，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求9至15中的任一項(xiàng)所述的拾取器控制器和/或至少一個根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的IPT拾取器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種感應(yīng)功率傳送(IPT)控制方法用于控制IPT拾取器的輸出。本發(fā)明涉及有選擇地分流二極管橋接器的第一二極管和第二二極管以有選擇地整流用于向負(fù)載供應(yīng)的AC電流輸入或向耦合到控制器輸入的諧振電路再循環(huán)AC電流。通過控制整流/再循環(huán)的AC輸入的每個正-負(fù)周期的比例來調(diào)節(jié)輸出。也公開一種適于執(zhí)行該方法的IPT控制器、并入該IPT控制器的IPT拾取器和并入至少一個這樣的IPT拾取器的IPT系統(tǒng)。
文檔編號H02M7/523GK103155395SQ201180049292
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者J·T·博伊斯, G·A·考維克, C-y·黃 申請人:奧克蘭聯(lián)合服務(wù)有限公司