用于无线电力传输的方法和设备以及感测和控制电路技术

本公开涉及一种用于无线电力传输的方法和设备以及感测和控制电路。根据本公开的无线电力传输(WPT)系统，其在宽范围的负载条件和功率输出需求下向便携式设备有效地传输功率。本公开内容的WPT系统包括全桥拓扑。改变发射器充电区域上设备的数量或者设备的位置和方向可能会改变电力传输单元(PTU)的阻抗和/或负载。本公开内容的WPT系统可以检测负载阻抗和/或从PTU请求的功率。当负载超过阈值时，WPT系统将激活第二个半桥来以全桥模式操作。类似地，WPT系统可以检测所请求和接收的功率，并且当功率下降到传输的功率的某个阈值时，WPT可以关断第二支路并且以半桥模式操作。

Method and device for wireless power transmission and sensing and control circuit

The present disclosure relates to a method and device for wireless power transmission, as well as a sensing and control circuit. According to the disclosed radio power transmission (WPT) system, it effectively transmits power to portable devices under a wide range of load conditions and power output requirements. The WPT system in this disclosure includes a full bridge topology. Changing the number of devices in the emitter charging area or the location and direction of the devices may change the impedance and/or load of the power transmission unit (PTU). The WPT system of this disclosure can detect the load impedance and / or power from the PTU request. When the load exceeds the threshold, the WPT system will activate second half bridges to operate in full bridge mode. Similarly, the WPT system can detect the requested and received power, and when the power drops to a threshold of the transmitted power, the WPT can turn off the second branch and operate in half-bridge mode.

【技术实现步骤摘要】
用于无线电力传输的方法和设备以及感测和控制电路
本公开内容涉及无线电力传输。
技术介绍
无线充电允许便携式设备用户在没有充电电缆的情况下为便携式设备的内部电池充电。便携式设备的一些示例包括手机、平板电脑、健身追踪器和其他便携式设备。不同类型的设备可能需要从无线充电器输出不同的功率。例如，平板电脑在充电期间可能会比健身追踪器汲取更多功率。一些无线充电解决方案可能一次为多个设备充电。因此无线充电方案可能面临在一系列功率输出水平和负载条件下运行的挑战。
技术实现思路
一般而言，本公开内容涉及一种无线电力传输(WPT)系统，其在宽范围的负载条件和功率输出需求下向便携式设备有效地传输功率。在一些示例中，WPT系统以kHz或MHz范围内的开关频率操作，并且开关和驱动器损耗是功率放大器总损耗的主要部分。减少驱动器和开关损耗有助于提高系统效率，尤其是在半桥操作期间。本公开内容的WPT系统通过以半桥模式或全桥模式操作并且在模式之间自动地改变来减少驱动器和开关损耗，从而在宽范围的负载和功率输出条件下向便携式设备有效地传输功率。本公开内容的WPT系统可以包括全桥D类零电压切换(ZVS)拓扑功率放大器以及其他类似的拓扑。在全桥模式下，当负载和/或功率需求较高时，两个半桥均可以以高输入电压同步操作。然而，全桥拓扑在低功率和低阻抗操作中可能效率较低。放大器通过关断且保持关断半桥中之一的高侧开关并且接通且保持接通同一半桥的低侧开关来以半桥模式操作。半桥操作可以通过消除关断的半桥的驱动器和开关损耗来减小驱动器和开关损耗，因此可以提高WPT系统的整体系统效率。在一个示例中，本公开内容涉及一种方法，该方法包括：由感测和控制单元确定电力传输电路的输出阻抗；以及由感测和控制单元确定电力传输电路的输出功率。响应于确定出输出阻抗大于输出阻抗阈值或者输出功率大于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出输出阻抗小于输出阻抗阈值或者输出功率小于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的半桥操作模式。在另一示例中，本公开内容涉及一种感测和控制电路，包括：第一感测电路，其中，第一感测电路被配置成确定反映到功率放大器电路的阻抗；第二感测电路，其中，第二感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的输出功率；以及第三感测电路，其中，所述第三感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的DC输入电压。响应于确定出：反映到功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值，输出功率大于输出功率阈值，或者DC输入电压大于DC输入电压阈值，感测和控制电路被配置成选择功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出：反映到功率放大器电路的阻抗小于阻抗阈值，输出功率小于输出功率阈值，或者DC输入电压小于DC输入电压阈值，感测和控制电路被配置成选择功率放大器电路的半桥操作模式。在另一示例中，本公开内容涉及一种用于无线电力传输的设备，该设备包括：功率放大器电路以及感测和控制电路。该功率放大器电路包括：第一半桥电路，包括第一高侧开关和第一低侧开关；以及第二半桥电路，包括第二高侧开关和第二低侧开关，其中，第一半桥电路和第二半桥电路被布置为全桥电路。感测和控制电路被配置成：确定反映到功率放大器电路的阻抗，确定功率放大器电路的输出功率，响应于确定出反映到功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值或者输出功率大于输出功率阈值，选择功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出反映到功率放大器电路的阻抗小于阻抗阈值或者确定出输出功率小于输出功率阈值，选择功率放大器电路的半桥操作模式。在附图和下面的描述中阐述了本公开内容的一个或更多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，本公开内容的其他特征、目的和优点将是明显的。附图说明图1A是示出可以将电力传输到多于一个接收单元的示例性无线电力传输系统的概念图。图1B是示出示例性电力传输单元(PTU)和电力接收单元(PRU)的一些内部部件的框图。图2A是示出描绘反映到其他部件的阻抗的示例性PTU和PRU的框图。图2B是描绘WPT系统可以操作的阻抗范围的图。图2C是示出WPT系统在功率和阻抗操作范围上的操作模式的图。图3A是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的作为用于无线电力传输的设备的一部分的功率放大器电路的示意性框图。图3B是根据本公开内容的一个或更多个技术的另一示例性功率放大器电路配置的示意性框图。图3C是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的在WPT系统中使用的功率放大器的另一示例性拓扑的示意性框图。图4A描绘了包括连续模式转变的示例性电力传输电路模式信号。图4B描绘了从全桥模式通过连续模式转变转变至半桥模式的示例性门控制信号。图4C描绘了从半桥模式通过连续模式转变转变至全桥模式的示例性门控制信号。图5是示出在阻抗变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图。图6是示出在功率需求变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图。图7是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的示例性操作模式的流程图。图8是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的另一示例性操作模式的流程图。具体实施方式通常，本公开内容涉及无线电力传输(WPT)系统，其在宽范围的负载条件和功率输出需求下有效地将电力传输到便携式设备。在一些示例中，WPT系统以kHz或MHz范围内的开关频率运行，开关和驱动器损耗是功率放大器总损耗的主要部分。减少驱动器和开关损耗有助于提高系统效率，尤其是在半桥运行期间。本公开内容的WPT系统通过在半桥模式或全桥模式操作并且在模式之间自动地改变来减少驱动器和开关损耗，以便在宽范围的负载和功率输出条件下向便携式设备有效地传送功率。本公开内容的WPT系统可以包括全桥D类零电压切换(ZVS)拓扑或一些其他类似的拓扑。在全桥模式下，当负载和/或功率需求高时，两个半桥均以高输入电压同步操作。然而，全桥拓扑在低功率和低阻抗操作中可能效率较低。放大器通过关断且保持关断半桥中之一的高侧开关并且接通且保持接通同一半桥的低侧开关而在半桥模式下工作。半桥操作可以减少驱动器和开关损耗，并且可以提高WPT的系统效率。利用谐振配置，WPT可以在发射器充电区域上同时对多个设备和不同类型的多个设备进行充电。改变发射器充电区域上设备的位置和方向可能会改变反映回WPT的电力发射单元(PTU)的阻抗。这可能导致显著不同的负载条件。例如，平板电脑、电力接收单元(PRU)当在第一方向上集中在发射器充电区域上时可以高效地操作来在半桥模式下传输功率。然而，将平板电脑移向发射器充电区域的边缘并改变平板电脑的方向可能需要PTU切换到全桥模式以传送足够的功率来为平板电脑充电。本公开内容的WPT系统可以检测反映(reflect)至PTU的负载阻抗，并且当负载超过阈值时，WPT系统将激活第二半桥以在全桥模式下操作。类似地，WPT系统可以检测所请求的功率，并且当功率下降到所传输的功率的某个阈值时，WPT可以关断功率放大器的第二支路并以半桥模式操作。在其他示例中，本公开内容的WPT系统可以感测至功率放大器的DC输入电压以确定是否切换到全桥模式或半桥模式。如上所述，WPT系统可以响应于系统操作的需求来增加或减少功率放大器的DC输入电压。因此，DC输入电压的大小与功率放大器的反映阻抗以及功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线电力传输的方法，包括：由感测和控制单元确定电力传输电路的输出阻抗；由所述感测和控制单元确定所述电力传输电路的输出功率；响应于确定出所述输出阻抗大于输出阻抗阈值或者所述输出功率大于输出功率阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述输出阻抗小于所述输出阻抗阈值或者所述输出功率小于所述输出功率阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的半桥操作模式。

【技术特征摘要】
2017.04.18 US 15/490,5871.一种用于无线电力传输的方法，包括：由感测和控制单元确定电力传输电路的输出阻抗；由所述感测和控制单元确定所述电力传输电路的输出功率；响应于确定出所述输出阻抗大于输出阻抗阈值或者所述输出功率大于输出功率阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述输出阻抗小于所述输出阻抗阈值或者所述输出功率小于所述输出功率阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的半桥操作模式。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力传输电路包括第一半桥电路和第二半桥电路，选择所述半桥操作模式包括禁用所述电力传输电路的第一半桥电路。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一半桥电路包括高侧开关和低侧开关，并且禁用所述第一半桥电路包括关断所述第一半桥电路的高侧开关并且接通所述第一半桥电路的低侧开关。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述感测和控制单元执行连续模式转变，其中，所述感测和控制单元在以下期间执行所述连续模式转变：从所述半桥操作模式的结束时间到所述全桥操作模式的开始时间；以及从所述全桥操作模式的结束时间到所述半桥操作模式的开始时间。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述感测和控制单元确定所述电力传输电路的直流DC输入电压；响应于确定出所述DC输入电压大于DC输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述DC输入电压小于DC输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的半桥操作模式。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大DC输入电压，并且所述DC输入电压阈值为所述最大DC输入电压的一半。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大额定功率输出，并且所述输出功率阈值为所述最大额定功率输出的一半。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大反映阻抗，并且所述输出阻抗阈值为所述最大反映阻抗的一半。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感测和控制单元部分地基于所述电力传输电路的操作条件来调整所述输出功率阈值，并且所述感测和控制单元部分地基于所述电力传输电路的操作条件来调整所述输出阻抗阈值，其中，所述操作条件包括：环境温度、谐振器电流和电源电压。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述感测和控制单元确定电力接收单元PRU的输出电压；由所述感测和控制单元确定由所述PRU接收的功率水平，响应于确定出所述输出电压小于输出电压设定点或者所述功率水平小于功率水平设定点，由所述感测和控制单元增加所述电力传输电路的直流DC输入电压；响应于确定出所述输出电压大于所述输出电压设定点或者所述功率水平大于所述功率水平设定点，由所述感测和控制单元减小所述DC输入电压；响应于确定出所述输出电压等于所述输出电压设定点或者所述功率水平等于所述功率水平设定点，由所述感测和控制单元进一步确定所述DC输入电压是否小于DC输入电压阈值；响应于确定出所述DC输入电压小于所述DC输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择半桥操作模式；以及响应于确定出所述DC输入电压大于所述DC输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择全桥操作模式。11.一种感测和控制电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：文卡塔·阿南德·普拉巴拉，斯特凡·舍谢，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT