用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法技术

本申请公开了用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法。一种感应电力传输系统包括电力转换器和控制器。电力转换器包括开关。控制器根据时间表切换开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。控制器将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。当零电流交叉点在调度时间之前发生时，控制器禁止开关切换，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。

Early Hard Switching Detection and Protection Method for Induction Power Transmission

【技术实现步骤摘要】
用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法
本专利技术涉及感应电力传输系统，例如用于对电动车辆进行无线充电。背景无线电力传输系统使得电力能够从源无线传输到负载。感应电力传输是一种非辐射或近场类型的无线电力传输。感应电力传输使用通过源的初级线圈(即，发射天线)的振荡电流来生成振荡磁近场，该振荡磁近场在负载的次级线圈(即，接收天线)中感应电流。源包括具有功率晶体管开关的电力转换器，该电力转换器在可控时间处切换以将源的电力转换成通过初级线圈的振荡电流。执行感应电力传输以使用来自源的电力对负载(例如电动车辆的牵引电池)进行无线充电。在这样的无线电动车辆充电系统中，源的发射天线嵌入在“充电”垫中，并且接收天线(和相关联的整流器)嵌入在车辆的指定位置中。感应电力传输涉及天线之间的感应耦合。为了使感应电力传输有效，天线之间的间隔必须在小的偏移容差内相对接近。在给定的指定负载范围下，感应电力传输系统需要在谐振调谐(Q)、天线耦合、天线的线圈匝数、天线线圈的尺寸、天线线圈分离偏移范围和功率晶体管开关类型之间的权衡的平衡，其能够自动启动并在无损坏的软切换操作模式中操作。这种平衡通过使用具有大物理形状因子的天线来满足。规范已经积极地减小了允许的天线尺寸(即，天线将更小)并且增大了天线分离偏移范围(即，感应电力传输系统将利用被定位成更远一点的天线来工作)。这些规范迫使谐振网络调谐和操作以运行在软切换模式边界附近或甚至超过软切换模式边界，并进入不期望的硬切换模式。在这些高电流谐振网络中的硬切换会导致感应电力传输系统的效率显著下降。如果硬切换足够严重，则功率消耗可以增加到功率晶体管开关和/或系统热设计能够承受的程度之外。概述一种感应电力传输系统包括电力转换器和控制器。电力转换器包括开关。控制器将根据时间表切换开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。控制器将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。当零电流交叉点在调度时间之前发生时，控制器使开关禁用，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。控制器可以确认当零电流交叉点发生在切换一个或更多个开关的调度时间之后时正在发生一个或更多个开关的软切换。一种感应电力传输方法包括:根据时间表切换电力转换器的多个(apluralityof)开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。该方法还包括将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。该方法还包括当零电流交叉点在调度时间之前发生时使开关禁用，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。附图说明图1示出了用于利用来自充电基座的电力对电动车辆无线充电的感应电力传输系统的示意图；图2示出了感应电力传输系统的框图；图3A示出了电力转换器和感应电力传输系统的充电基座的谐振网络以及从电力转换器流入谐振网络的电力的框图；图3B示出了基于处于给定耦合模式的充电基座的初级线圈和电动车辆的次级线圈以并联谐振网络形式的谐振网络的电路图；图3C示出了基于处于给定耦合模式的充电基座的初级线圈和电动车辆的次级线圈以串联谐振网络形式的谐振网络的电路图；图3D示出了根据一个实施例的电力转换器，以及谐振网络和从电力转换器流入谐振网络的电力的电路图；图4A示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形与电压波形完全同相；图4B示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形滞后于电压波形一个相角θ；图4C示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形以相角φ超前电压波形；图5示出了用于感应电力传输系统的早期硬切换检测和保护的方法的操作定时图；和图6示出了描述用于感应电力传输系统的早期硬切换检测和保护的方法的操作的流程图。详细描述本文公开了本专利技术的详细的实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种形式和可选的形式体现的本专利技术的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式利用本专利技术的代表性基础。现在参照图1，示出了用于利用来自充电基座14的电力对电动车辆12无线充电的感应电力传输系统10的示意图。充电基座14包括位于地面或结构地板上的发射天线16。车辆12包括安装到车辆下侧的接收天线18。当车辆12正确停放时，发射天线16和接收天线18以闭合布置对准。因此，充电基座14的电力可以从发射天线16传输到接收天线18，用于对车辆12充电。接收天线18连接到车辆12的牵引电池等。从充电基座14无线传输到车辆12的电力用于对牵引电池充电。坐标系20也在图1中示出。在坐标系20中，当车辆12停在发射天线上时，发射天线16和接收天线18沿z方向分离。车辆12(特别是接收天线18)可以相对于发射天线16沿x方向和y方向(即，相对于发射天线所在的地面或地板)移位。接收天线18在坐标方向的任一个上相对于发射天线16从预设的最佳对准位置的位移降低了电力可以从发射天线无线传输到接收天线的效率。在这点上，接收天线18相对于发射天线16的位移改变了充电基座14的发电部件所看到的阻抗，该发电部件向发射天线馈送电力。现参照图2，并继续参照图1，图2示出了感应电力传输系统10的框图。如图2所示，除了发射天线16之外，感应电力传输系统10的充电基座14包括AC(交流)电源22、AC/DC(交流/直流)整流器24、DC/AC电力转换器26和谐振网络28。电源22向整流器24提供AC电力。整流器24将AC电力整流为DC电力，并将DC电力提供给电力转换器26。电力转换器26将DC电力转换成LF(低频AC)电力并且将LF电力提供给谐振网络28。发射天线16包括一个或更多个线圈(即初级线圈30)。车辆12的接收天线18包括一个或更多个线圈(即次级线圈32)。当车辆12正确停放时，初级线圈30和次级线圈32物理上布置为彼此相邻(即“松耦合”)。也就是说，当次级线圈处于初级线圈的耦合模式区域(提供互感M并且以与初级线圈基本相同的频率谐振)中时，次级线圈32与初级线圈30无线耦合。来自电力转换器26的LF电力通过谐振网络28并通过初级线圈30，并使初级线圈生成振荡磁近场。振荡磁近场在次级线圈32中感应电流。次级线圈32中的电流在车辆侧生成LF电力。这样，在初级线圈30和次级线圈32之间发生感应耦合，用于从充电基座14到车辆12的感应电力传输。如图2进一步所示，除了接收天线18之外，车辆12还包括AC/DC整流器34。整流器34将来自次级线圈32的LF电力整流成DC电力。来自整流器34的DC电力可以被提供给车辆12的负载36，例如牵引电池。充电基座14的谐振网络28包括各种电子部件，包括一个或更多个电容器和一个或更多个电感器。电子部件被布置在预定配置中，该预定配置包括具有预定值的部件的预定布置(例如，具有预定电容值的电容器和具有预定电感值的电感器处于该配置中)。预定配置与初级线圈30结合设计，使得当初级线圈30和次级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于感应电力传输的系统，所述系统包括：电力转换器，所述电力转换器包括多个开关；控制器，所述控制器用于根据时间表切换所述开关，以使所述电力转换器向谐振网络输出电压和电流；和所述控制器将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，以确定所述零电流交叉点是否发生在切换所述开关中的一个或更多个的调度时间之前，并且当所述零电流交叉点发生在所述调度时间之前时禁止所述开关切换，使得所述开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述开关的硬切换发生。

【技术特征摘要】
2017.07.31 US 15/663,9891.一种用于感应电力传输的系统，所述系统包括：电力转换器，所述电力转换器包括多个开关；控制器，所述控制器用于根据时间表切换所述开关，以使所述电力转换器向谐振网络输出电压和电流；和所述控制器将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，以确定所述零电流交叉点是否发生在切换所述开关中的一个或更多个的调度时间之前，并且当所述零电流交叉点发生在所述调度时间之前时禁止所述开关切换，使得所述开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述开关的硬切换发生。2.如权利要求1所述的系统，其中：所述控制器用于当所述零电流交叉点发生在切换所述开关中的一个或更多个的所述调度时间之后时，确认所述开关中的一个或更多个的软切换正在发生。3.如权利要求1所述的系统，其中：所述调度时间包括所述开关中的一个或更多个被接通的开始时间和所述开关中的一个或更多个被断开的结束时间。4.如权利要求1所述的系统，其中：所述电力转换器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯德尔·艾格斯，
申请(专利权)人：李尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US