无线感应功率传输制造技术

技术编号:18624973 阅读:26 留言:0更新日期:2018-08-08 02:02
一种无线功率发射器(101),包括共振电路(201),包括用于生成功率传输信号的发射器电感器(103),所述信号用于将功率无线地传输到功率接收器(105)。驱动器(203)生成用于共振电路(201)的驱动信号,并且共振修改电路(505)通过在驱动信号的周期的部分时间间隔中使共振电路的状态改变减慢,来将共振电路(201)的共振频率与驱动信号的驱动频率对齐。负载估计器(509)生成负载估计,该负载估计反映发射器电感器(103)的反映功率传输信号的负载的等效负载电阻器。驱动频率适配器(511)然后响应于负载估计来适配驱动频率。本发明专利技术尤其可以改善负载调制通信质量。

Wireless induction power transmission

A wireless power transmitter (101), including a resonance circuit (201), includes a transmitter inductor (103) for generating a power transmission signal for transmitting power wirelessly to a power receiver (105). The driver (203) generates a driving signal for the resonance circuit (201), and the resonance modification circuit (505) slows the state change of the resonance circuit by a partial time interval of the driving signal to align the resonance frequency of the resonance circuit (201) with the driving frequency of the driving signal. The load estimator 509 generates a load estimate that reflects the equivalent load resistor of the transmitter inductor 103 reflecting the load of the power transmission signal. The driver frequency adapter (511) is then adapted to drive frequency in response to load estimation. The invention can improve the quality of load modulation communication in particular.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线感应功率传输
本专利技术涉及感应功率传输,并且具体但非排他地涉及使用与用于无线功率传输系统的Qi规范兼容的元件来提供感应功率传输的功率发射器。
技术介绍
大多数当今的系统需要专门的电接触以便从外部电源供电。然而,这往往是不切实际的,并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电接触。通常,功率要求也显著不同,并且目前大多数设备都设置有其自己的专用电源,导致典型用户具有大量不同的电源,其中每个电源专用于特定的设备。尽管使用内部电池可以避免在使用期间与电源进行有线连接的需要,但是这仅提供了部分解决方案,因为电池将需要充电(或更换)。电池的使用也可能大大增加设备的重量以及潜在的成本和尺寸。为了提供显著改善的用户体验,已经提出了使用无线电源,其中,功率从功率发射器中的发射器电感器被感应地传输到个体设备中的接收器线圈。经由磁感应的功率传输是周知的概念,主要应用于在主发射器电感器与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过分离这两个设备之间的主发射器电感器和次级接收器线圈,基于松散耦合的变压器的原理,在这两者之间的无线功率传输成为可能。这样的布置允许对设备的无线功率传输,而不需要进行任何线缆或物理电连接。实际上,其可以简单地允许将设备放置在发射器电感器附近或顶部,以便被再充电或者从外部供电。例如,功率发射器设备可以被布置有水平表面,在所述水平表面上能够简单地放置设备以便供电。此外,这样的无线功率传输布置可以有利地被设计成使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地,已经定义了被称为Qi规范的无线功率传输方法,并且目前正在进一步开发。该方法允许满足Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用,而这些设备不必来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备的一些功能(例如,取决于特定的功率损耗)。Qi规范是由WirelessPowerConsortium开发的,并且能够例如在其网站http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上找到,其中,具体地,能够找到定义的规范文档。许多无线功率传输系统(诸如,例如Qi)支持从功率接收器到功率发射器的通信,从而使得功率接收器能够向功率发射器提供信息,这可以允许其适于特定的功率接收器或者由功率接收器所经历的特定条件。在许多系统中,这样的通信是通过对功率传输信号的负载调制来进行的。具体地,通过功率接收器执行负载调制来实现通信,其中,通过功率接收器施加到次级接收器线圈的负载被改变以提供对功率信号的调制。所产生的电特性变化(例如,发射器电感器的电流变化)能够由功率发射器来检测和解码(解调)。因此,在物理层,从功率接收器到功率发射器的通信信道使用功率信号作为数据载体。所述功率接收器调制能够通过发射器电感器电流或电压的幅度和/或相位的变化来检测的负载。例如能够在Qi无线功率规范(1.0版)第1部分的第6章中找到在Qi中应用负载调制的更多信息。根据Qiv1.1规范而构造的无线功率发射器以所谓的感应方案来操作。在这种模式下,功率传输发生在以相对高的效率紧密耦合(耦合因子通常高于0.3)时。如果希望接收器具有更大距离(“Z距离”)或者更多的定位自由度,则功率传输典型地发生在具有松散耦合(耦合因子通常低于0.3)的所谓共振方案中。在共振方案中,在功率发射器处以及在功率接收器处的功率传输共振电路的共振频率应当匹配以实现最大效率。然而,随着共振电路之间距离的增加,从功率接收器到功率发射器的负载调制通信变得越来越困难。在共振模式下,功率发射器的共振电路通常变得欠阻尼,这使其对互调失真(互调是在功率发射器的共振频率和驱动频率之间)敏感。事实上,如果功率发射器的共振频率和驱动频率不匹配,则出现互调频率,导致通信性能下降,并且常常使得功率发射器处的解调过程出现问题或者甚至不可能。为了解决互调问题,已经提出了在功率发射器处采用可调谐共振电路,即,已经提出了使用能够动态地改变共振频率的共振电路。在这样的系统中,功率发射器的驱动频率和共振频率都可以适于与功率接收器的共振频率相同。这可以确保所述系统以共振模式有效地操作,而与此同时防止(或者至少减轻)在驱动频率与功率发射器共振电路之间的互调效应。在许多情况下,还可以允许所述系统适配和补偿部件值的变化和容差等。在US20040130915A1中提供了将驱动信号的频率、发射器共振频率和接收器共振频率设置为相同值的系统的范例。然而,已经发现该方法也引入了一些问题。首先,在一些系统中,所发射的功率电平是通过改变驱动频率来适配的(即,可以使用对驱动频率的调节来实施功率控制)。然而,如果频率被锁定在一起,则这不再是可行的选择。相反,功率水平通常由驱动信号的幅度或占空比来控制。此外,已经发现,通信性能仍然不是最佳的,并且事实上,在一些情况下,其可能会显著劣化,并且潜在可靠的通信性能是不可能的。改进的功率传输方法因此将是有利的。具体地,允许经改进的操作、经改进的功率传输、增加的灵活性、便利的实施、便利的操作、经改进的通信、减少的通信错误、经改进的功率控制、经改进的功率传输和/或经改进的性能的方法将是有利的。
技术实现思路
相应地,本专利技术试图优选单独地或者以任意组合来减轻、缓解或消除上文所提及的缺点中的一个或多个缺点。根据本专利技术的一方面,提供了一种用于向功率接收器感应地传输功率的功率发射器,所述功率发射器包括:共振电路,其包括电容性阻抗和电感性阻抗,所述电感性阻抗包括用于生成功率传输信号的发射器电感器,所述功率传输信号用于将功率无线地传输到所述功率接收器;驱动器,其生成用于所述共振电路的驱动信号,所述驱动信号具有驱动频率;共振修改电路,其用于通过在所述驱动信号的至少多个周期中的每个周期的部分时间间隔中使所述电容性阻抗和所述电感性阻抗中的至少一个的状态改变减慢,来将所述共振电路的共振频率与所述驱动频率对齐;负载估计器,其用于生成负载估计,所述负载估计反映针对所述发射器电感器的等效负载电阻器,所述等效负载电阻器反映所述功率传输信号的负载;以及驱动频率适配器,其用于响应于所述负载估计来适配所述驱动频率;其中,所述驱动频率适配器被布置为:针对指示第一等效并联负载电阻的负载估计,相比于针对指示第二等效并联负载电阻的负载估计,将所述驱动频率适配为更远离所述功率接收器的功率接收共振电路的共振频率,所述第一等效并联负载电阻低于第二等效并联负载电阻。本专利技术可以提供在许多无线功率传输系统中改善的性能。其可以提供对功率发射器操作的便利的和/或经改进的适配,以提供经改进的负载调制,同时保持有吸引力的功率传输效率。在许多实施例中,所述方法可以允许功率发射器适配动态的负载变化,而不会导致不可接受地劣化的通信。在许多情景中,所述方法可以提供经改进的负载调制。事实上,在许多实施例中,能够实现经改进的功率传输,并且尤其是经改善的功率传输效率,同时仍然提供基于对功率信号的负载调制的可靠的通信。通过减慢状态改变来对齐共振频率的方法可以促进和/或改善驱动频率和发射器功率传输共振电路的(有效)共振频率的对齐/链接。所述方法可以提供经改进的功率效率。所述方法可以在许多情景中提供降低的复杂度和本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于向功率接收器(105)感应地传输功率的功率发射器(101),所述功率发射器(101)包括:共振电路(201),其包括电容性阻抗(503)和电感性阻抗(501),所述电感性阻抗(501)包括用于生成功率传输信号的发射器电感器(103),所述功率传输信号用于将功率无线地传输到所述功率接收器(105);驱动器(203),其生成用于所述共振电路(201)的驱动信号,所述驱动信号具有驱动频率;共振修改电路(505),其用于通过在所述驱动信号的至少多个周期中的每个周期的部分时间间隔中使所述电容性阻抗(503)和所述电感性阻抗(501)中的至少一个的状态改变减慢,来将所述共振电路(201)的共振频率与所述驱动频率对齐;负载估计器(509),其用于生成负载估计,所述负载估计反映所述发射器电感器(103)的等效负载电阻器,所述等效负载电阻器反映所述功率传输信号的负载;以及驱动频率适配器(511),其用于响应于所述负载估计来适配所述驱动频率;其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为:针对指示第一等效并联负载电阻的负载估计,相比于针对指示第二等效并联负载电阻的负载估计,将所述驱动频率适配为更远离所述功率接收器的功率接收共振电路的共振频率,所述第一等效并联负载电阻低于所述第二等效并联负载电阻。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 EP 15192520.31.一种用于向功率接收器(105)感应地传输功率的功率发射器(101),所述功率发射器(101)包括:共振电路(201),其包括电容性阻抗(503)和电感性阻抗(501),所述电感性阻抗(501)包括用于生成功率传输信号的发射器电感器(103),所述功率传输信号用于将功率无线地传输到所述功率接收器(105);驱动器(203),其生成用于所述共振电路(201)的驱动信号,所述驱动信号具有驱动频率;共振修改电路(505),其用于通过在所述驱动信号的至少多个周期中的每个周期的部分时间间隔中使所述电容性阻抗(503)和所述电感性阻抗(501)中的至少一个的状态改变减慢,来将所述共振电路(201)的共振频率与所述驱动频率对齐;负载估计器(509),其用于生成负载估计,所述负载估计反映所述发射器电感器(103)的等效负载电阻器,所述等效负载电阻器反映所述功率传输信号的负载;以及驱动频率适配器(511),其用于响应于所述负载估计来适配所述驱动频率;其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为:针对指示第一等效并联负载电阻的负载估计,相比于针对指示第二等效并联负载电阻的负载估计,将所述驱动频率适配为更远离所述功率接收器的功率接收共振电路的共振频率,所述第一等效并联负载电阻低于所述第二等效并联负载电阻。2.根据权利要求1所述的功率发射器,其中,所述功率传输信号的负载具有电阻性分量和电抗性分量,并且所述负载估计仅指示所述电阻性分量。3.根据权利要求1所述的功率发射器,还包括接收器(513),所述接收器用于检测通过变化的电抗性负载而被调制到所述功率传输信号上的消息负载。4.根据权利要求1所述的功率发射器,其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为响应于所述负载估计来确定所述驱动频率的操作范围,并且将所述驱动频率限制到所述操作范围。5.根据权利要求4所述的功率发射器,其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为响应于所述负载估计之外的操作参数而在所述操作范围内适配所述驱动频率。6.根据权利要求1所述的功率发射器,其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为:响应于负载估计来操作所述驱动频率的前馈适配,并且响应于所述负载估计之外的操作参数来操作所述驱动频率的控制环路适配。7.根据权利要求1所述的功率发射器,其中,所述驱动频率适配器(511)还被布置为响应于所述共振电路的功率损耗来适配所述驱动频率。8.根据权利要求1所述的功率发射器,还包括:调制深度估计器(513),所述调制深度估计器用于确定由所述功率接收器(105)对所述功率传输的负载调制的调制深度估计;并且其中,所述驱动频率适配器(511)还被布置为响应于调制深度估计来适配所述驱动频率。9.根据权利要求1所述的功率发射器,其中,所述驱动频率适配器(511)被布置为:针对指示第一等效并联负载电阻的负载估计,相比于针对指示第二等效并联负载电阻的负载估计,将所述驱动频率适配为更远离所述电容性阻抗和所述电感性阻抗的共振频率,所述第一等效并联负载电阻高于所述第二等效并联负载电阻。10.根据权利要求1所述的功率发射器,还包括接收器(513),所述接收器用于从所述功率接收器(105)接收消息,所述消息包括指示所述功率接收器(105)对所述功率传输信号的电阻性负载的负载指示,并且其中,所述负载估计器(509)被布置...

【专利技术属性】
技术研发人员:N·F·茹瓦K·J·卢洛福斯E·G·韦尔特曼A·范瓦格宁根
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

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