无线电力传输系统技术方案

本文公开了一种电力逆变器。该电力逆变器适于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中所述逆变器适于“EF”类操作。所述逆变器布置为驱动负载电阻，并且包括开关装置，所述开关装置布置在电源和地之间，并且布置为以开关频率进行切换。所述逆变器还包括谐振网络，所述谐振网络布置为与在电源和地之间与所述开关装置并联，所述谐振网络具有谐振频率，所述谐振频率是所述开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流流过所述负载电阻。

Radio power transmission system

A power inverter is disclosed in this paper. The power inverter is suitable for driving the transmitter coil in the induction power transmission system, and the inverter is suitable for the operation of \EF\ type. The inverters are arranged as driving load resistors, and include switching devices, which are arranged between power supply and ground, and are arranged to switch at switching frequency. The inverter also includes a resonant network arranged in parallel with the switching device between the power supply and the ground. The resonant network has a resonant frequency, which is a non-integer multiple of the switching frequency, so that in operation, a substantially constant current passes through the load resistance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线电力传输系统
本公开涉及无线电力传输。特别地，本公开涉及基于EF类拓扑的逆变器，其适用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈。
技术介绍
无线电力传输具有许多工业应用，并且例如无线牙刷充电器、用于移动设备的无线充电垫、以及植入体内的无线充电医疗装置等利用无线电力传输的装置将继续普及。感应电力传输(InductivePowerTransfer,IPT)是非辐射无线电力传输的示例。在典型的感应电力传输系统中，交流电流通过发射器线圈。这导致发射器线圈产生时变磁场。当接收器线圈置于时变磁场中时，磁场在接收器线圈中感应出交流电，该交流电随后可用于驱动负载。因此，通过时变磁场将电力从发射器线圈无线传输到接收器线圈。在设计感应电力传输系统时，需要考虑几个因素，并且存在若干问题。为了实现有效操作和最大电力吞吐量，通常需要使用大磁场来操作IPT系统。然而，在这方面系统的设计可能受到限制，例如受到通过与国际非电离辐射防护委员会(InternationalCommissiononNon-IonisingRadiationProtection,ICNIRP)设定的电磁场的暴露限制有关的指南的限制。可以使用电力逆变器将DC信号转换为AC信号，以便驱动IPT系统中的发射器线圈。也可以使用晶体管作为逆变器内的开关。然而，当使用晶体管开关时，可能会出现两种类型的电力损耗：传导损耗和开关损耗。前者与晶体管的有限电阻相关，而后者与在非零电压和非零电流下开关晶体管有关。可以使用“软开关”技术(例如零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)技术)来使得第二类电力损耗最小化。ZVS涉及在零电压通过晶体管的同时接通/关断晶体管。考虑到上述情况，现有系统的问题在于由发射器线圈发射的磁场取决于接收器负载。例如，在具有多个装置、各个装置具有相应的接收负载的系统中，如果另一接收装置移动以更靠近发射器线圈，则可以减少任何一个装置可用的电力。此外，向IPT系统引入新的接收器设备可以降低所有原始接收器装置可用的电力。IPT系统中接收器线圈的数量、位置和方位影响发射器线圈的有效电阻负载，这导致通过发射器线圈的电流发生变化。这反过来又改变了发射器线圈产生的磁场。磁场的这种变化可能导致磁场超过ICNIRP限制和/或导致最大可实现范围或电力吞吐量的不希望的降低。由于ZVS操作的损失，电流的变化还导致电力损耗增加，并且从而降低了IPT系统的效率。期望提供一种逆变器，用于驱动发射器线圈，所述逆变器保持高效率并且独立于负载向发射器线圈输送恒定电流。在提供这种逆变器时，还希望避免或减少实时电路和系统级控制的开销。还希望避免在晶体管导通和截止时可能发生的开关损耗。
技术实现思路
在独立权利要求中阐述了专利技术。可选特征在从属权利要求中列出。根据第一方面，提供了一种电力逆变器，用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中逆变器适于“EF”类操作。电力逆变器布置成驱动负载电阻。电力逆变器包括：开关装置，布置在电源和地之间并且布置成以开关频率进行切换；以及谐振网络，布置成与在电源和地之间的开关装置并联。谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过负载电阻。根据另一方面，提供了一种电力逆变器，用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中所述逆变器适于“E”类操作。电力逆变器布置成驱动负载电阻。电力逆变器包括：开关装置，布置在电源和地之间并且布置成以开关频率进行切换；以及谐振网络，布置成与在电源和地之间的开关装置并联。谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过负载电阻。可以理解，地可以替代地是除地之外的参考节点。可选地，在一些实施例中，开关装置的第一节点耦合到地，开关装置的第二节点经由第一电感器耦合到DC电源电压，并且开关装置的第三节点用于切换开关装置的接通和关断。可选地，在一些实施例中，第一电容器与电源和地之间的开关装置并联耦合。可选地，在一些实施例中，谐振网络包括谐振电路，谐振电路包括第二电感器和第二电容器。可选地，在一些实施例中，负载包括发射器线圈的电阻。可选地，在一些实施例中，负载电阻包括至少一个接收器线圈的电阻。可选地，在一些实施例中，负载电阻的值可以变化。可选地，在一些实施例中，非整数倍优选地在1和2之间，更优选地在1.5和1.65之间，并且甚至更优选地等于1.5。可选地，在一些实施例中，第三电容器和第三电感器与负载电阻串联耦合。可选地，在一些实施例中，逆变器布置为保持零电压切换操作。根据另一方面，提供了一种制造电力逆变器的方法，该电力逆变器用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈。逆变器适于“EF”类操作，布置成驱动负载电阻，并且该方法包括在电源和地之间布置开关装置，以及将开关装置布置成以开关频率进行切换。该方法还包括将谐振网络布置成与电源和地之间的开关装置并联。该方法还包括将谐振网络布置成具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过负载电阻。根据另一方面，提供了一种制造电力逆变器的方法，该电力逆变器用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈。逆变器适于“E”操作，布置成驱动负载电阻，并且该方法包括在电源和地之间布置开关装置，以及将开关装置布置成以开关频率进行切换。该方法还包括将谐振网络布置成与电源和地之间的开关装置并联。该方法还包括将谐振网络布置成具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过负载电阻。可选地，在一些实施例中，逆变器如上面关于第一方面所述。根据一方面，提供了一种整流器，该整流器用于从感应电力传输系统中的接收器线圈接收AC信号，其中整流器适于“EF”类操作并且布置为驱动负载电阻。整流器包括：开关装置，布置在电源和负载电阻之间，并且布置成以开关频率进行切换；以及谐振网络，所述谐振网络具有谐振频率，所述谐振频率是开关频率的非整数倍，并且布置成使得在操作中，基本上恒定的电流通过负载电阻。根据另一实施例，提供了一种整流器，用于从感应电力传输系统中的接收器线圈接收AC信号，其中整流器适于“E”类操作并且布置为驱动负载电阻。整流器包括：开关装置，布置在电源和负载电阻之间，并且布置成以开关频率切换；以及谐振网络，所述谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，并且布置成使得在操作中，基本上恒定的电流通过负载电阻。任选地，在一些实施方案中，非整数倍优选为1至2，更优选为1.5至1.65，甚至更优选为1.5。可选地，在一些实施例中，电源包括接收器线圈。根据另一方面，一种感应电力传输系统，包括发射器电路和接收器电路，该发射器电路包括如上所述的逆变器，并且接收器电路包括如上所述的整流器。可选地，在一些实施例中，逆变器和整流器的开关频率的相应非整数倍是相等的。可选地，在一些实施例中，整流器电源包括接收器线圈，逆变器电阻负载包括发射器线圈，其中发射器线圈与接收器线圈间隔开，并且接收器线圈布置成通过感应电力传输从发射器线圈接收电力。根据另一方面，提供了一种制造整流器的方法，该整流器用于从感应电力传输系统中的接收器线圈接收AC信号。整流器适用于“EF”类操作，并布置为驱动负载电阻。该方法包括在电源和负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力逆变器，用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中所述逆变器适于“EF”类操作，布置为驱动负载电阻，并且包括：开关装置，布置在电源和地之间，并布置成以开关频率进行切换；以及谐振网络，布置为在所述电源和地之间与所述开关装置并联，所述谐振网络具有谐振频率，所述谐振频率是所述开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过所述负载电阻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.04 US 15/146,8511.一种电力逆变器，用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中所述逆变器适于“EF”类操作，布置为驱动负载电阻，并且包括：开关装置，布置在电源和地之间，并布置成以开关频率进行切换；以及谐振网络，布置为在所述电源和地之间与所述开关装置并联，所述谐振网络具有谐振频率，所述谐振频率是所述开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过所述负载电阻。2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述开关装置的第一节点耦合到地，所述开关装置的第二节点经由第一电感器耦合到DC电源电压，并且所述开关装置的第三节点用于切换所述开关装置的接通和关断。3.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，第一电容器与所述电源和地之间的所述开关装置并联耦合。4.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述谐振网络包括谐振电路，所述谐振电路包括第二电感器和第二电容器。5.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述负载包括发射器线圈的电阻。6.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述负载电阻包括至少一个接收器线圈的电阻。7.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述负载电阻的值能够变化。8.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述非整数倍优选地在1和2之间，更优选地在1.5和1.65之间，并且甚至更优选地等于1.5。9.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，第三电容器和第三电感器与所述负载电阻串联耦合。10.根据任一项前述权利要求所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器布置为保持零电压切换操作。11.一种制造电力逆变器的方法，所述电力逆变器用于驱动感应电力传输系统中的发射器线圈，其中所述逆变器适于“EF”类操作，布置为驱动负载电阻，并且所述方法包括：在电源和地之间布置开关装置；将所述开关装置布置为以开关频率进行切换；将谐振网络布置为与所述电源和地之间的所述开关装置并联；将所述谐振网络布置成具有谐振频率，所述谐振频率是所述开关频率的非整数倍，使得在操作中，基本恒定的电流通过所述负载电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·米切森，大卫·耶茨，萨梅尔·阿尔达希尔，
申请(专利权)人：英佩雷尔创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB