用于通過電容耦合傳輸電力的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大致涉及一種用于傳輸電力到電負載的方法和設備。例如，該電負載可為任何電氣或電力裝置，所述任何電氣或電力裝置必須由電力驅動才能運行和/或對所述裝置的內(nèi)部電池充電。這種類型的電氣/電子裝置的典型例子為移動電話，電腦，電視等。
【背景技術】
[0002]目前，廣泛使用的用于傳輸電力到充電裝置的解決方法為使用交流電/直流電(AC/DC)轉換器，所述AC/DC轉換器能將由例如公用電網(wǎng)產(chǎn)生的交流電(AC)轉換成適用于提供到充電裝置的直流電(DC)。
[0003]為了實現(xiàn)AC/DC轉化器以高性能，低負擔和低成本來將高電力傳輸?shù)匠潆娧b置中，通常使用具有一些典型特征的電路。
[0004]該電路首先包括高壓整流器，該高壓整流器一般為帶有合理的電壓和/或電流穩(wěn)定電路的二極管橋式整流器，其一般通過電插座可與電網(wǎng)連接，以例如將電網(wǎng)提供的交流電轉為直流電。從整流器連續(xù)輸出的高壓因此應用于DC/DC轉換器，所述DC/DC轉換器適于修正直流電，使其更適合于供給充電裝置。
[0005]DC/DC轉換器通常包括HF (高頻)源，其根據(jù)反激式電路類型等，能產(chǎn)生高壓電壓波(以kHz的十分位或百分位的順序出現(xiàn))。接著，將電壓波傳送給HF變壓器，該HF變壓器將高壓初級電路(整流器和電壓波發(fā)生器)和低壓次級電路電隔離，該低壓次級電路包括充電裝置。這種電隔離是必要的，以防止初級電路對次級電路的危害或電壓過高的損害，該次級電路為低壓且通?？拷脩?例如，手機或電腦的連接器的暴露接觸)。
[0006]為了調節(jié)次級電路的直流電壓，通常干涉由有源開關產(chǎn)生的高頻波的占空比。
[0007]次級電路一般包括次級整流器(例如，單橋整流器或與中心軸頭變壓器結合的二極管橋式整流器，同步整流器等)，該次級整流器電插入在變壓器和充電裝置之間，適于將變壓器的次級電路發(fā)出的低壓波轉為直流低壓?？稍谡髌骱统潆娧b置之間插入濾波器，用于穩(wěn)定充電裝置上的電壓和/或電流。
[0008]本領域的完善需求是為了盡可能減少DC/DC轉換器的尺寸。為了達到這個目的，供應相等的電力給充電裝置，增加HF源產(chǎn)生的電壓波的頻率是非常重要的，以這種方式，在單位時間里，從初級電路傳輸?shù)酱渭夒娐匪鶄鬏數(shù)碾娔艿闹芷诖螖?shù)增加，以此還增加了傳輸?shù)碾娏Α?br>[0009]電壓波頻率的增加趨于導致增加可實現(xiàn)變壓器磁路的鐵磁材料的泄漏，以及在有緣開關的開關過程中所述有源開關的動態(tài)泄漏的缺點，這限制了由HF源產(chǎn)生的電壓波的最大頻率，并因此使變壓器的尺寸最小，以及轉換器中散熱元件的散失失最小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種用于傳輸電力到充電裝置的可用方法和設備，同時，能有效地使目前的典型DC/DC轉換器的泄漏問題降到最低。[0011 ] 本發(fā)明的進一步目的是同時保證初級電路和次級電路之間的有效的電隔離。
[0012]這些和除此之外的其他目的通過獨立權利要求中記載的本發(fā)明的各個實施例的特點達到。從屬權利要求描述本發(fā)明的各個實施例的優(yōu)選的和/或特別有利的方面。
[0013]本發(fā)明的實施例公開了一種用于將電力傳輸?shù)诫娯撦d的方法，所述方法包括以下步驟:
將直流電流轉為電壓波，
在入口處將電壓波施加到至少兩個電容器，
在出口向電負載提供電容器的電壓。
[0014]換句話說，本實施例基本上包括通過使用至少兩個電容器代替現(xiàn)有技術中的變壓器，從而解決變壓器的泄漏問題。
[0015]本發(fā)明的這對電容器進一步能保證初級電路和次級電路之間的電隔離，也能傳輸足夠的電力給充電裝置。
[0016]提供有電壓波的每個電容器可視為阻抗，如用通過足夠高的電壓波的頻率和/或足夠大的電容器和/或具有足夠大振幅的電壓波，很可能在這對電容器的出口得到足夠大的電壓波，用于供給充電裝置。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其中的方法還包括步驟:
整流所述電容器的出口的電壓波。
[0018]當充電裝置必須提供有直流電流時，本發(fā)明實施例是有利的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明另一個方面，將直流電壓轉為電壓波的步驟可包括:
交替切換有源開關，例如，打開和關閉晶體管(金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，雙極結式晶體管(BJT)，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等)。
[0020]換句話說，本發(fā)明的這個方面通過開關動作，引入產(chǎn)生電壓波的可能性，這是非常簡單地解決方法，且該方法可靠和容易控制。
[0021]在這種情況下，值得考慮的是，用開關動作通過電容器傳輸高功率并不是簡單普通的工作。大幅地增加電壓波的振幅，通常意味著在電隔離電容器之前使用變壓器或升壓電路，以及在電隔離電容器之后使用變壓器或降壓電路，伴隨著負擔，泄漏和成本相對增加。
[0022]從安全角度，增加電壓波的振幅是有害的。另一方面，增加電容器意味著使用具有較高介電常數(shù)的介電材料和/或減少介質的厚度，相對惡化電隔離，增加漏電和/或增加電樞的尺寸，隨之負擔也增加。
[0023]最后，增加一些已知類型的開關系統(tǒng)來增加電壓波的頻率一般導致泄漏的增加。
[0024]為了這個原因，本發(fā)明的一個方面包括將直流電壓轉為電壓波的步驟，所述步驟包括:
在每個有源開關的轉換步驟期間，將應用于有源開關的電力(電壓和/或電流)降至基本為零:無論從關(抑制狀態(tài))到開(飽和狀態(tài))，還是從開到關。
[0025]在這種方式下，在開關周期期間，電泄漏大大減少，且通過這種方式能增加周期的頻率以及由此產(chǎn)生的電壓頻率的增加，因此能在相同的施加電壓下增加傳輸?shù)碾娏Γ蚰茉谙嗤膫鬏旊娏ο陆档褪┘拥碾妷骸?br>[0026]另一方面，當采用這種方法時，可能出現(xiàn)典型的問題，該問題為控制傳輸?shù)匠潆娧b置的電力是困難的，這是由于傳輸?shù)碾娏赡芤蕾囉诔潆娧b置本身，反過來也可能既不是恒定的，也不是先驗已知的。
[0027]為此，本發(fā)明的其他方面涉及可改變傳輸?shù)诫娏Τ潆娧b置的電力的模式。
[0028]根據(jù)這些方面中的一個，所述方法可包括步驟:
防止或改變有源開關的開關切換的一個或多個周期。
[0029]當開關的開閉周期受到抑制，即不再進行時，傳輸?shù)匠潆娧b置的總體電力有利地減少，高效且具有較低的電泄漏。
[0030]開關的開關周期能例如通過暫時中止有源開關的電導航信號。
[0031]更詳細地，本發(fā)明的一個方面包括基于傳輸?shù)匠潆娧b置的電力的預定參考值，調節(jié)受到抑制的周期的次數(shù)和/或頻率的可能性。
[0032]在這種方式下，調節(jié)傳輸?shù)匠潆娧b置的電力是有利的，例如獲得上述參考值，所述參考值可根據(jù)將要提供的具體充電裝置，以及更一般地，根據(jù)需求進行修改。
[0033]更詳細地，電力傳輸?shù)恼{節(jié)可用反饋控制來執(zhí)行，包括以下步驟:
測量傳輸?shù)匠潆娧b置的電力，
計算測量電力和預定參考值的差，以及
調節(jié)受到抑制的開關切換周期的次數(shù)和/或頻率，例如使所述差值最小化。
[0034]除了傳輸?shù)匠潆娧b置的電力的第一調節(jié)模式之外，或選擇地，可使用第二調節(jié)模式，所述第二調節(jié)模式包括步驟:
暫時地偏離所述電壓波到電線集上，所述電線集與所述電負載平行設置。
[0035]當所述電壓波在電線上偏離，不提供給充電裝置，從而使得傳輸?shù)碾娏傮w上減少。
[0036]為了實現(xiàn)該偏離步驟，所述電線可包括第二有源開關，例如第二晶體管(MOSFET, BJT, IGBT,等)，和與所述第二有源開關串聯(lián)連的第三電容器，所述第三電容器具有電容值，所述電容值足夠高，相對于充電裝置，當?shù)诙性撮_關切換到開(即飽和狀態(tài))時，可視為相對于充電裝置短路。
[0037]在這種情況下，本發(fā)明的一個方面包括在傳輸?shù)匠潆娧b置的電力的預定參考值的基礎上，調節(jié)切換步驟的持續(xù)時間和/或所述偏離步驟最終重復的頻率。
[0038]在這種方式下，可有利地調節(jié)真正傳輸?shù)匠潆娧b置的電力來達到參考值，所述參考值可根據(jù)需提供的具體充電裝置進行修改。
[0039]尤其地，調節(jié)傳輸電力可用反饋控制執(zhí)行，包括以下步驟:
測量傳輸?shù)匠潆娧b置的電力，
計算測量的電力和預定參考值之間的差，以及
調節(jié)偏離步驟的持續(xù)時間和/或偏離步驟最后重復的頻率，使得所述差值最小化。
[0040]用于調節(jié)傳輸?shù)匠潆娧b置電力的第三策略包括以下步驟:
調節(jié)初始直流電壓。
[0041]初始直流電壓的調節(jié)是能例如通過任何類型的DC/DC轉換器得到的，比如，線性的，切換的以及除此之外的其他轉換器。
[0042]如前面的情況，這種策略也包括在電力的預定參考值的基礎上調節(jié)電壓，所述電力為需傳輸給充電裝置的電力，例如，通過實際傳輸?shù)碾娏Φ姆答伩刂啤?br>[0043]該第三策略能可替代地被實施，或和一個或多個之前的策略結合來實施。
[0044]本發(fā)明的一個不同方面涉及初始直流壓力的產(chǎn)生。
[0045]實際上，該直流電壓可通過直流電壓發(fā)生器產(chǎn)生，例如電池，或可通過整流交變電壓的步驟來產(chǎn)生，所述交變電壓可通過例如公用的電氣配電網(wǎng)提供。
[0046]在本發(fā)明的一個不同方面中，每個電容器的第一電樞安裝在用戶裝置上，而每個電容器的第二電樞安裝在供電裝置上，所述供電裝置與用戶裝置分開的且獨立的，所述方法包括使用戶裝置和供電裝置接近，使得安裝在每個所述用戶裝置和供電裝置上的電樞實現(xiàn)相同的電隔離電容器。
[0047]本發(fā)明的這個方面揭示了一種用于在供電裝置和用戶裝置之間的以電容方式，無線傳輸電力的方法，從而能供電以運行或對其內(nèi)部電池充電。
[0048]在這種方式下，可提供電氣/電子裝置，比如手機，簡單地將該裝置擱在供電裝置上，無需電連接，使得安裝在一個和另一個裝置上的電樞實現(xiàn)上面描述的電容器。
[0049]本發(fā)明的另一個實施例公開了一種用于傳輸電力到電負載的