具有输出倍流器的感应式电能传输拾波电路制造技术

一种感应式电能传输(IPT)拾波电路，具有耦合至谐振电路(L1、C1)并用于整流从所述谐振电路接收的AC电流的全波整流器(D1‑D4)。提供一对电感器(L2、L3)，其被设置用于将所述整流器耦合至所述拾波电路的输出端(VLoad)，并交替地存储电能和释放电能至所述输出端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种无线电力传输拾波电路。更具体而言，本专利技术涉及一种用于选择性提高感应式电能传输(IPT)拾波电路输出电流的电路。
技术介绍
在感应式电能传输(IPT)系统中，电能通过由交流(AC)电源(电源和轨道一起形成IPT系统的原边)供电的初级导体(视其形式和/或应用不同，也被称为导电通路、垫片、或轨道)以及一个或多个拾波电路(形成系统的副边)之间的相互感应而无线传输，其中拾波电路与轨道感应耦合并电性耦合至负载以向负载供电。虽然IPT系统表面上和变压器有相似之处，但两者有一些关键性的不同。具体而言，变压器用于步升或步降AC电压和/或使两电路电流隔离，而IPT系统的目的则是用于无线或非接触式地传输电能。和传统紧密耦合的铁芯变压器(其耦合系数等于(或接近)1，即，k＝1)不同，IPT系统通常是松散地耦合，因此具有较小的耦合系数(例如，通常为k<0.5)，且在使用中，如果不在物理上约束拾波电路保持与初级导体的固定对准，耦合系数也会动态变化。为了优化非接触式或无线电力传输的效率，IPT系统的初级电源和次级拾波电路被调谐至相同的谐振频率。所述谐振频率通常在例如10到40kHz之间。因此，IPT系统的拾波电路通常包括调谐电路或谐振电路，其至少包括拾波线圈和调谐电容器。两种典型的拾波拓扑结构为串联调谐拾波以及并联调谐拾波，在串联调谐拾波中，调谐电容器与拾波线圈串联设置，而在更为常见的并联调谐拾波中，调谐电容器与拾波线圈并联设置。当使用合适频率的AC电流对初级导体进行通电时，与初级导体感应耦合的拾波线圈中产生感应电压。为了达到最优的效率，对谐振电路进行调谐使其以AC电流的频率谐振。在许多情况下，拾波需要向负载提供DC电流，且拾波电路中通常设置有整流器以对谐振电路中的AC电流进行整流。图1所示为现有技术中简单的并联调谐IPT拾波电路的一个例子。所述拾波电路与初级轨道导体/电感器LT感应耦合，其中初级轨道导体/电感器LT在拾波线圈L1中感应出电压。调谐电容器C1与所述拾波线圈并联设置，并与拾波线圈形成谐振电路。包括二极管D1-D4的桥式整流器对谐振电路中的AC电流进行整流，且通过DC电感器或扼流圈LDC向输出端提供DC电压，其中DC电感器或扼流圈LDC用于平滑整流后的输出电流。在所阐述的例子中，所述拾波电路耦合至VLoad所代表的负载。所述负载例如可包括电池。例如图1所示的现有技术中的并联调谐拾波电路的一个潜在缺点是，其对于给定的AC轨道电流及感应耦合具有恒定的输出电流。在现有技术的并联调谐IPT拾波拓扑中，在给定的耦合下，拾波的输出电流根本上被拾波线圈的短路电流所限制。这限制了给定电压下的输出功率，且使得对低电压高电流负载的供电变得困难而低效。也难以设计出能够以恒定的输出功率来应对各种不同输出电压的高效拾波。如果需要更高的电流，则必须提高轨道电流或通过减少例如拾波中谐振电路的匝数来降低拾波线圈的电感。专利技术目的因此本专利技术的一个目的在于提供一种IPT拾波电路，用于克服或至少改善现有技术中的一个或多个缺点，或者至少为公众提供一种有用的选择。本专利技术的另一个目的在于提供一种IPT拾波电路或一种IPT拾波电路的操作方法，其可提供更大的输出电流。本专利技术进一步的目的将通过下文的描述而变得明显。
技术实现思路
相应的，在一个方面，可广义上认为本专利技术在于一种感应式电能传输(IPT)拾波电路，包括：谐振电路，包括感应拾波线圈和并联调谐电容器；全波整流器，耦合至所述谐振电路并用于整流从所述谐振电路接收到的AC电流；以及一对电感器，其中各电感器被设置用于将所述整流器耦合至所述拾波电路的输出端，并交替地存储电能和释放电能至所述输出端。优选地，所述一对电感器以如下方式设置：所述一对电感器中的第一电感器在所述AC电流的正周期存储电能而在负周期释放电能至所述输出端，所述一对电感器中的第二电感器在所述AC电流的所述负周期存储电能而在所述正周期释放电能至所述输出端。优选地，所述电感器的电能输入经过脉冲调制，而所述电感器的电能输出通常是基本上连续的。优选地，所述一对电感器分别由所述全波整流器的相应的半波进行馈电。优选地，所述一对电感器中的各电感器和所述整流器的二极管串联设置。优选地，所述全波整流器包括二极管桥式整流器，其中所述电感器分别串联耦合于所述二极管桥式整流器的相应的共阴极二极管和所述拾波电路的所述输出端之间。作为替代，所述全波整流器可包括一对二极管，其中所述一对二极管的各阳极分别与所述输出端耦合，所述一对二极管中每个二极管各自的阴极同时与所述谐振电路和所述一对电感器中相应的电感器耦合。优选地，所述拾波电路的输出电流等于通过所述一对电感器的电流之和。优选地，所述拾波电路还包括模式开关，其可选择性地操作以重新配置所述电路，其中所述电感器并联耦合于所述整流器和所述拾波电路的所述输出端之间。术语“模式开关”不限于一个开关，而是可包括复数个开关。优选地，所述模式开关选择性地由控制器操作以控制输出电流。优选地，所述拾波电路在所述第一模式下的所述输出电流基本上是所述第二模式下的两倍。优选地，所述一对电感器中的每个电感器包括一对端子，其中所述一对电感器中的相应端子在所述第二模式下分别直接耦合。优选地，在第一模式下，所述一对电感器以如下方式设置：所述一对电感器中的第一电感器在所述AC电流的正周期存储电能而在负周期释放电能至所述输出端，所述一对电感器中的第二电感器在所述AC电流的所述负周期存储电能而在所述正周期释放电能至所述输出端。优选地，在第二模式下，所述一对电感器在所述AC电流的正周期和负周期同时用作扼流圈以平滑所述整流后的AC电流。优选地，所述模式开关包括双向开关。优选地，所述谐振电路还包括与所述拾波线圈串联的附加电容器，其中所述谐振电路为部分串联调谐。优选地，所述拾波电路还包括功率控制开关，其可操作以将所述输出端与所述整流器和/或谐振电路解耦。更具体而言，所述功率控制开关优选地与所述输出端并联设置。优选地，所述拾波电路还包括与所述谐振电路并联的解耦开关，用于选择性地将所述整流器与所述谐振电路解耦。优选地，所述解耦开关包括AC开关，其选择性地由控制器操作以将所述整流器与所述谐振电路解耦。优选地，所述拾波电路包括复数个子电路，其中各子电路均与公共输出端耦合，每个子电路包括如本专利技术第一方面所述的谐振电路，全波整流器，以及一对电感器。优选地，每个子电路包括模式开关和解耦开关，其中所述模式开关和解耦开关相对于至少一个其它子电路的模式开关和解耦开关被选择性地独立操作。优选地，每个子电路的所述模式开关和解耦开关被选择性地独立操作以控制输出电流。优选地，控制所述输出电流以维持预先确定的最小输出电流。优选地，所述IPT电路还包括控制器，用于控制所述模式开关和/或解耦开关的操作。所述控制器可包括微控制器，其耦合至输出电流传感器并被编程用于例如操作所述开关以维持预先设定的最小输出电流。在第二方面，可广义上认为本专利技术在于一种包括至少一个子电路的感应式电能传输(IPT)拾波，所述子电路包括：谐振电路，包括感应拾波线圈和调谐电容器；整流器，包括至少两个耦合至所述谐振电路并用于整流从所述谐振电路接收到的AC电流的二极管；一对电感器，其中每个电感器包括与所述整流器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应式电能传输(IPT)拾波电路，包括：谐振电路，包括感应拾波线圈和并联调谐电容器；全波整流器，耦合至所述谐振电路并用于整流从所述谐振电路接收到的AC电流；以及一对电感器，其中各电感器被设置用于将所述整流器耦合至所述拾波电路的输出端，并交替地存储电能和释放电能至所述输出端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 NZ 619303;2014.08.19 NZ 6289911.一种感应式电能传输(IPT)拾波电路，包括：谐振电路，包括感应拾波线圈和并联调谐电容器；全波整流器，耦合至所述谐振电路并用于整流从所述谐振电路接收到的AC电流；以及一对电感器，其中各电感器被设置用于将所述整流器耦合至所述拾波电路的输出端，并交替地存储电能和释放电能至所述输出端。2.根据权利要求1所述的IPT拾波电路，其中所述电感器以如下方式设置：所述一对电感器中的第一电感器在所述AC电流的正周期存储电能而在负周期释放电能至所述输出端，所述一对电感器中的第二电感器在所述AC电流的所述负周期存储电能而在所述正周期释放电能至所述输出端。3.根据权利要求1或2所述的IPT拾波电路，其中所述电感器的电能输入经过脉冲调制，而所述电感器的电能输出通常是基本上连续的。4.根据上述权利要求中的任意一项所述的IPT拾波电路，其中所述全波整流器包括二极管桥式整流器，其中所述电感器分别串联耦合于所述二极管桥式整流器的相应的共阴极二极管和所述拾波电路的所述输出端之间。5.根据权利要求1至3中任意一项所述的IPT拾波电路，所述全波整流器可包括一对二极管，其中所述一对二极管的各阳极分别与所述输出端耦合，所述一对二极管中每个二极管各自的阴极同时与所述谐振电路和所述一对电感器中相应的电感器耦合。6.根据上述权利要求中的任意一项所述的IPT拾波电路，其中所述拾波电路还包括模式开关，其可选择性地操作以将所述电路由第一模式重新配置为第二模式，其中所述电感器并联耦合于所述整流器和所述拾波电路的所述输出端之间。7.根据权利要求6所述的IPT拾波电路，其中所述第一模式下的所述拾波电路的所述输出电流大于所述第二模式下的所述拾波电路的所述输出电流。8.根据权利要求6或7所述的IPT拾波电路，其中在第二模式下，所述一对电感器在所述AC电流的正周期和负周期同时用作扼流圈以平滑所述整流后的AC电流。9.根据上述权利要求中的任意一项所述的IPT拾波电路，其中所述谐振电路还包括与所述拾波线圈串联的附加电容器，其中所述谐振电路为部分串联调谐。10.根据上述权利要求中的任意一项所述的IPT拾...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·塔尔博特·博伊斯，尼古拉斯·阿索尔·基林，
申请(专利权)人：奥克兰联合服务有限公司，约翰·塔尔博特·博伊斯，尼古拉斯·阿索尔·基林，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ