用于向电力接收器传输电力的电力传送器和操作方法技术

本发明专利技术提供了一种用于向电力接收器传输电力的电力传送器和操作方法。电力传送器包括用于提供电力的第一电感器和用于从电力接收器接收数据信号的第二电感器。第一电感器和第二电感器是电力传输电路和数据信号接收电路中的分离的电感器。数据信号接收电路包括用于提取由第二电感器接收的数据信号的数据提取电路。电力传送器包括用于取决于数据信号而控制电力的控制电路。电力传送器在电力传输时段期间传输电力并且在通信时段期间接收数据，通信时段对应于其中功率为低的时段。控制电路在通信时段期间使数据提取电路和第二电感器彼此电气耦合，并且在至少部分电力传输时段期间使它们电气解耦合。本发明专利技术允许改进的通信支持。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及感应电力传输（inductivepowertransfer），并且特别地但非排他性地涉及依照Qi无线电力传输标准的感应电力传输系统以及电力传送器（powertransmitter）。
技术介绍
许多系统要求布线和/或电气接触以便向设备供应电力。省略这些导线和接触提供了改进的用户体验。传统上，这已经通过使用位于设备中的电池而实现，但是该方案有若干缺点，包括额外的重量、笨重并且需要频繁地更换电池或者为电池再充电。最近，使用无线感应电力传输的方案已经受到越来越多的关注。这种越来越多的关注部分是由于便携式和移动设备的数量和多样化在过去十年中已经骤增。例如，移动电话、平板电脑、媒体播放器等的使用已经变得无处不在。这样的设备一般由内部电池供电，并且典型的使用场景经常要求从外部电力供应源向设备进行直接导线供电或者对电池再充电。如所提及的，大多数的当今设备要求布线和/或明确的电气接触以从外部电力供应供电。然而，这往往是不切实际的并且要求用户物理地插入连接器或者以其它方式建立物理电气接触。其往往还因引入导线的长度而对用户而言是不方便的。典型地，功率要求也有显著的不同，并且当前大多数设备配备有其自身专用的电力供应，从而导致典型的用户具有很大数量的不同的电力供应，其中每一个电力供应专用于特定的设备。尽管内部电池可以防止对于到外部电力供应的有线连接的需要，但是该方案仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电（或者更换，这是昂贵的）。电池的使用还可能大幅增加设备的重量，并潜在地增加成本和尺寸。为了提供显著改进的用户体验，已经提出使用无线电力供应，其中电力从电力传送器设备中的传送器线圈感应式地传输到各个设备中的接收器线圈。经由磁感应的电力传送是公知的概念，大多数应用于在初级传送器线圈和次级接收器线圈之间有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级传送器线圈和次级接收器线圈，设备之间的无线电力传输基于松散耦合变压器的原理而变得可能。这样的布置允许向设备进行无线电力传输而不要求任何导线或者物理电气接触。实际上，其可以简单地允许把设备放置成临近传送器线圈或者在传送器线圈上面以便从外部供电或再充电。例如，电力传送器设备可以布置成有水平表面，设备可以简单地放置在该水平表面上以便被供电。此外，这样的无线电力传输布置可以有利地设计成使得电力传送器设备可以与一系列电力接收器设备一起使用。尤其是，被称为Qi标准的无线电力传输标准已经被定义，并且当前得到进一步发展。该标准允许满足Qi标准的电力传送器设备与同样满足Qi标准的电力接收器设备一起使用，而这些设备无需来自相同制造商或者不必专用于彼此。Qi标准还包括用于允许使操作适配于特定电力接收器设备的某种功能性（例如，取决于特定的电力耗用）。Qi标准由无线电力联盟研发并且可以例如在它们的网站上找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中特别地可以找到所定义的标准文档。作为示例，图1图示了集成在桌面中的电力传输系统的部分，而图2图示了具有各种待供电器具的电力传输系统。用于根据本专利技术的系统的感应电源可以是独立式的或者集成在厨房台面中以便为无绳器具供电。图1图示了一种系统，其中在桌面1中把配备有电源线3的电力传送器2放置在桌面中的孔洞4中。电力传送器的集成不限于台面和感应炉灶面。它们也可以集成到案桌或餐桌中，因而使得能够实现之前不可能的全新功能。示例是对食物或饮料进行保温、烤面包、做咖啡或者使酒冷却。其还将使得能够在家里或者餐馆中实现整个一系列的桌面烹饪可能性。图2图示了一种系统，其中在表面1下面安置了电力传送器2。各种器具5，诸如烤面包机、平底锅和不锈钢平底锅都可以由电力传送器2供电。为了支持电力传送器和电力接收器的相互作用和协同工作的能力，优选的是，这些设备可以彼此通信，即如果支持电力传送器和电力接收器之间的通信，则是合乎期望的，并且如果在两个方向上都支持通信，则是优选的。允许电力接收器和电力传送器之间的通信的无线电力传输系统的示例在US2012/314745A1中提供。Qi标准支持从电力接收器到电力传送器的通信，由此使得电力接收器能够提供信息，其可以允许电力传送器适配于特定电力接收器。在当前标准中，从电力接收器到电力传送器的单向通信链路已经被定义，并且该方案是基于电力接收器为控制元件的理念。为了准备以及控制在电力传送器和电力接收器之间的电力传输，电力接收器特别地向电力传送器传达信息。单向通信通过电力接收器执行负载调制而实现，其中由电力接收器施加于次级接收器线圈的负载发生变化以提供电力信号的调制。电气特性中的所引起的改变（例如，电流消耗（currentdraw）中的变化）可以由电力传送器检测和解码（解调）。在用于低功率的Qi无线电力规范中，接收器通过调制电力信号的幅度而与传送器通信。在该情况下，电力信号被用作用于通信信号的载波信号。然而，Qi系统的限制在于，其不支持从电力传送器到电力接收器的通信。此外，诸如针对Qi所开发的负载调制在一些应用中可能是欠佳的。作为示例，图3图示了用于典型感应加热器具的电力供应通路。电力提供包括AC/DC换流器（converter）301，其对输入ac电压（例如，市电）进行整流。经整流的市电信号被馈送给DC/AC换流器303（逆变器），其生成高频驱动信号，高频驱动信号被馈送给谐振槽（resonanttank）305（经调谐的L-C电路）并且经由此到传送器线圈307。系统包括电力接收器，在该示例中为加热平底锅，其可以由接收器线圈309和负载R_Sole311（表示平底锅底中的涡流损耗）表示。图4图示了图3的电力通路的电压波形。市电电压Umains由AC/DC换流器301整流成电压Udc_abs。用于缓冲经整流的市电电压的大储能电容器通常并不应用在这些类型的应用中，因为其将增加该应用的总市电谐波失真。作为结果，由AC/DC换流器301生成变化的DC电压。由于经整流的电压Udc_abs的特性，DC/AC换流器303的输出电压Uac_HF如图4中示出的那样成形。逆变器的正常操作频率为20kHz到100kHz的量级。传送器线圈307与接收器线圈309和电阻R_sole一起基本上是DC/AC换流器303的负载。然而，由于该负载的性质（电感和电阻式二者），谐振电路305典型地使用在DC/AC换流器303和该负载之间以便抵销负载的电感部分。此外，谐振网络305典型地导致在DC/AC换流器303中典型地使用的逆变器的开关损耗的减少。诸如图2之类的系统中的接收器和传送器之间的通信面临着多个挑战和困难。特别是，在针对通信的期望与电力信号的要求和特性之间典型地存在冲突。典型地，系统要求在电力传输和通信功能之间的紧密相互作用。例如，基于在传送器和电力接收器之间被感应地耦合的仅仅一个信号，也就是说电力信号本身的概念来设计系统。然而，不仅使用电力信号本身来执行电力传输而且还承载信息导致困难，这是由于电力信号幅度变化的本性。例如，为了将信号调制到电力信号上，或者使用负载调制，电力信号必须具有足够的幅度。然而，这对于诸如图4的电力信号那样的电力信号而言不能得到保证。作为具体示例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用感应电力信号向电力接收器（5）传输电力的电力传送器（2），其中所述电力传送器包括：第一电感器（307），用于经由该第一电感器（307）向电力接收器（5）提供感应电力信号；第二电感器（407），用于从电力接收器（5）接收数据信号，与第二电感器（407）串联耦合的电容器（1011）；其中第一电感器（307）和第二电感器（407）是电力传输电路（701）和数据信号接收电路（702）中的分离的电感器，其中数据信号接收电路（702）包括用于提取由第二电感器（407）接收的数据信号的数据提取电路（1007）、以及用于在包括通信时段的驱动时间间隔期间生成用于第二电感器和该电容器的串联耦合的驱动信号的驱动器（1001,1003），所述电力传送器包括用于取决于所接收的数据信号而控制经由第一电感器（307）供应给电力接收器的电力信号的控制单元（401），并且所述电力传送器被布置为在重复时间帧的电力传输时段期间经由第一电感器（307）传输电力，并且在重复时间帧的通信时段期间经由第二电感器（407）接收数据信号，相对于电力传输时段而言，感应电力信号的功率对于通信时段被减小，其中控制电路（401,1013,1019）被布置用于在通信时段期间应用数据提取电路（1007）到第二电感器（407）的受控电气耦合、以及在电力传输时段的至少一部分期间应用数据提取电路（1007）从第二电感器（407）的电气解耦合；并且数据信号接收电路（702）还包括放电电路（1010），用于在时间帧的至少部分地处于通信时段前面的放电时间间隔期间使电容器（1011）放电。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.25 EP 14173876.51.一种用于使用感应电力信号向电力接收器（5）传输电力的电力传送器（2），其中所述电力传送器包括：第一电感器（307），用于经由该第一电感器（307）向电力接收器（5）提供感应电力信号；第二电感器（407），用于从电力接收器（5）接收数据信号，与第二电感器（407）串联耦合的电容器（1011）；其中第一电感器（307）和第二电感器（407）是电力传输电路（701）和数据信号接收电路（702）中的分离的电感器，其中数据信号接收电路（702）包括用于提取由第二电感器（407）接收的数据信号的数据提取电路（1007）、以及用于在包括通信时段的驱动时间间隔期间生成用于第二电感器和该电容器的串联耦合的驱动信号的驱动器（1001,1003），所述电力传送器包括用于取决于所接收的数据信号而控制经由第一电感器（307）供应给电力接收器的电力信号的控制单元（401），并且所述电力传送器被布置为在重复时间帧的电力传输时段期间经由第一电感器（307）传输电力，并且在重复时间帧的通信时段期间经由第二电感器（407）接收数据信号，相对于电力传输时段而言，感应电力信号的功率对于通信时段被减小，其中控制电路（401,1013,1019）被布置用于在通信时段期间应用数据提取电路（1007）到第二电感器（407）的受控电气耦合、以及在电力传输时段的至少一部分期间应用数据提取电路（1007）从第二电感器（407）的电气解耦合；并且数据信号接收电路（702）还包括放电电路（1010），用于在时间帧的至少部分地处于通信时段前面的放电时间间隔期间使电容器（1011）放电。2.权利要求1所述的电力传送器，还包括被布置为响应于对于感应电力信号的功率电平指示而确定用于将数据提取电路（1007）电气耦合到第二电感器（407）的时间的控制器。3.权利要求1所述的电力传送器，还包括被布置为响应于对于感应电力信号的功率电平指示而确定用于放电时间间隔的开始时间的控制器。4.权利要求1所述的电力传送器，还包括被布置为测量电容器（1011）上的电容器电压、并且响应于该电容器电压而确定放电时间间隔的开始时间的控制器。5.权利要求1所述的电力传送器，还包括被布置为测量电容器（1011）上的电容器电压、并且响应于该电容器电压而确定放电时间间隔的结束时间的控制器。6.权利要求1所述的电力传送器，还包括被布置为测量电容器上的电容器电压、并且响应于该电容器电压而确定用于驱动时间间隔的开始时间的控制器。7.权利要求1所述的电力传送器，其中放电电路（1010）被布置为形成在电容器（1011）的端子之间的电气通路，所述电气通路包括驱动器（1001,1003）和数据提取电路（1007）。8.权利要求7所述的电力传送器，其中放电电路（1010）包括用于在至少部分放电间隔内约束通过数据提取电路（1007）的电流的电流约束元件（1015）。9.权利要求8所述的电力传送器，其中放电电路1010被布置为至少在通信时段期间使电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：NF乔耶，KJ鲁洛夫斯，A范瓦根宁根，WGM埃特斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL