本发明专利技术是一种系统包括第一装置，第二装置，及一个功率控制器。第一装置具有第一功率变换器，其与包括第一谐振电容和第一线圈的第一振荡器其耦接。第二装置具有第二功率变换器，其与包括第二谐振电容和第二线圈的第二振荡器耦接，其中所述第二功率变换器被耦接到一个可控比例功率变换器，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈有磁耦合。所述功率控制器被配置来协调调整系统频率，所述第二功率变换器的输出电压，以及所述第一线圈的电流。
High performance wireless power transmission system, devices and devices
【技术实现步骤摘要】
高性能无线功率传输系统，装置与器件
本专利技术涉及功率转换和功率传输系统，在具体实施例中，尤其涉及适用于高性能应用的先进无线功率传输和功率变换的拓扑和控制技术。
技术介绍
由于更好的用户体验和对恶劣环境的更好的耐受性，对于许多应用来说，无线功率传输(WPT)是一门很重要的技术。尽管WPT的基本理论已存在多年，并且近年来WPT产品已经在一些应用中(如移动设备的无线充电)使用，实现低成本高效率的无线功率传输仍然是一个技术挑战。大规模市场应用还需要技术改进来提供可行的解决方案，以在智能手机，可穿戴设备，无人机和电动汽车等移动应用中实现更高功率更高效率的无线充电。效率，磁辐射，可靠而稳定的运行以及系统成本是影响WPT技术广泛采用的关键因素。尤其是，在许多应用中，接收器(RX)的空间有限，限制严格的尺寸和散热预算严重影响了系统设计和运行。在其它应用中的限制因素也可能是发送器功率放大器的功率损耗，系统效率，系统成本，或系统辐射水平。因此，开发创造性的系统技术以优化系统性能，同时减轻诸如某些关键组件的功率损耗之类的应力就非常重要。
技术实现思路
通过本专利技术所提供的无线功率传输设备，系统和方法的改进优选实施例，上述和其他问题总体上可得以解决或避免，并且总体上实现了技术优势。根据本专利技术的一个实施例，一种系统包括第一装置，第二装置，及一个功率控制器。第一装置具有第一功率变换器，其与包括第一谐振电容和第一线圈的第一振荡器其耦接。第二装置具有第二功率变换器，其与包括第二谐振电容和第二线圈的第二振荡器耦接，其中所述第二功率变换器被耦接到一个可控比例功率变换器，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈有磁耦合。所述功率控制器被配置来协调调整系统频率，所述第二功率变换器的输出电压，以及所述第一线圈的电流。根据本专利技术的另一实施例，一个供电系统用的一种装置包括一个具有谐振电容和线圈的振荡器，一个功率变换器，及一个控制器。该振荡器被配置成运行在至少两个独特的频带上，并且其线圈和谐振电容中的至少一个被配置成在不同的频带有不同的等效容值或感值。所述功率变换器具有一个直流电压的端口，并且该直流电压被设置成在不同的频带具有不同的值。所述控制器协调该直流电压随所述供电系统功率,频带或输出的改变而调整。根据本专利技术的又一个实施例，一个器件包括一个有多个控制开关和多个电容的开关-电容网络，多个功率开关，一个具输入电压的输入电容和一个具输出电压的输出电容，及一个设置为控制所述功率开关和控制开关的控制器。所述控制开关设置为使所述电容在第一个配置的运行中处于串联状态，在第二个配置的运行中处于并联状态。该控制器使所述开关-电容网络作为一个开关电容功率变换器的能量传输电容运行，并在充电阶段和放电阶段以不同的方式和不同的配置被耦接到所述输入电容和输出电容上，并通过设置所述控制开关在所述充电阶段和放电阶段工作在不同的配置，从而得到不同的输出/输入电压比。前文已相当广泛地概括了本专利技术的特征和技术优点，以便于可以更好地理解下述本专利技术的详细内容。下文将描述本专利技术的附加特征和优点，其构成本专利技术权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本专利技术相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，此类等同构造并不脱离所附权利要求书所阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：图1示出了一个无线功率传输系统的典型框图；图2示出了根据本专利技术的各个实施例的一个无线功率传输系统的框图；图3示出了一个开关电容变换器的电路图；图4示出了根据本专利技术的各个实施例的一个可控非对称电容网络的电路图；图5A示出了根据本专利技术的各个实施例的图4所示的可控非对称电容网络的第一个运行模式；图5B示出了根据本专利技术的各个实施例的图4所示的可控非对称电容网络的第二个运行模式；图6示出了根据本专利技术的各个实施例的一个三态可控非对称电容网络的电路图；图7A示出了根据本专利技术的各个实施例的图6所示的三态可控非对称电容网络的第一个运行模式；图7B示出了根据本专利技术的各个实施例的图6所示的三态可控非对称电容网络的第二个运行模式；图7C示出了根据本专利技术的各个实施例的图6所示的三态可控非对称电容网络的第三个运行模式；图8示出了根据本专利技术的各个实施例的图4中所示的可控不对称电容网络的级联拓扑的实施例；图9示出了根据本专利技术的各个实施例的由图4所示的可控非对称电容网络组成的一个开关电容变换器的一个实施例；图10示出了根据本专利技术的各个实施例的由图6所示的三态可控不对称电容网络组成的开关电容变换器的一个实施例；图11示出了根据本专利技术的各个实施例的图10所示的开关电容变换器的各种状态图；图12示出了根据本专利技术的各个实施例的一个软开关开关电容变换器的拓扑结构；图13示出了根据本专利技术的各个实施例的第二个软开关电容电容变换器的拓扑结构；图14示出了根据本专利技术的各个实施例的图13所示的软开关开关电容变换器的仿真运行波形；图15A示出了根据本专利技术的各个实施例的图10所示的开关电容变换器在S1的占空比为50％时的仿真运行波形；图15B示出了根据本专利技术的各个实施例的图10所示的开关电容变换器在S1的占空比为66.7％时的仿真运行波形；图16示出了根据本专利技术的各个实施例的一个无线功率接收器的框图；图17示出了根据本专利技术的各个实施例的具有频率相关的无源开关网络的无线功率发送器的电路框图；以及图18示出了根据本专利技术的各个实施例的具有频率相关的无源开关网络的多层线圈的一个实施例。除非另外指出，否则不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部分。为了清楚地示出各个实施例的相关方面而绘制附图，并且不一定按比例绘制。具体实施方式下面详细讨论本优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可于各种具体环境中实施的可应用的专利技术构思。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本专利技术的示例性具体方式，并不限制本专利技术的范围。本专利技术对具体环境中的优选实施例，即用于移动设备的无线功率传输和功率变换的高性能技术进行描述。然而，本专利技术也可以应用于各种其他电子系统或电子装置，包括集成电路，CPU(中央处理单元)，计算机，通信设备，电动车辆，它们的任何组合和/或类似物。在下文中，将参考附图详细解释各种实施例。图1示出了可以采用磁共振(MR)或磁感应(MI)技术的一个典型的WPT系统的框图，其中包括功率发送器(TX)101和功率接收器(RX)150。当RX150靠近一个合适的TX101时，TX线圈L1和RX线圈L2就建立起磁耦合(其耦合系数为K)。L1和L2构成了一种功率变压器，但是这个功率变压器的性能在很大程度上取决于磁耦合系数K。K的值在典型的WPT系统中可能比在典型电源要低得多，因此就需要特殊的技术来高效传输适当的功率。在WPT系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种系统，包括有：/n具有第一功率变换器和与其耦接的包括第一谐振电容和第一线圈的第一振荡器的第一装置；/n具有第二功率变换器和与其耦接的包括第二谐振电容和第二线圈的第二振荡器的第二装置，其中所述第二功率变换器被耦接到一个可控比例功率变换器，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈有磁耦合；和/n一个控制器，被配置来协调调整系统频率，所述第二功率变换器的输出电压，及所述第一线圈的电流。/n
【技术特征摘要】
20190110 US 62/790,7451.一种系统，包括有：
具有第一功率变换器和与其耦接的包括第一谐振电容和第一线圈的第一振荡器的第一装置；
具有第二功率变换器和与其耦接的包括第二谐振电容和第二线圈的第二振荡器的第二装置，其中所述第二功率变换器被耦接到一个可控比例功率变换器，并且其中所述第一线圈和所述第二线圈有磁耦合；和
一个控制器，被配置来协调调整系统频率，所述第二功率变换器的输出电压，及所述第一线圈的电流。
2.如权利要求1所述的系统，其中第一振荡器和第二振荡器中的至少一个的谐振频率被设置为在该系统的运行过程中可以被调整。
3.如权利要求2所述的系统，相应的振荡器被设置为可以以一定的占空比运行在两个模式之间运行，且该振荡器的谐振频率在两个模式中不同。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器设置为可以改变系统频率使该系统运行在至少两个独特的频带上。
5.如权利要求4所述的系统，其中一个无源器件被设置为其值在所述频段间被一个无源开关网络改变。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述可控比例功率变换器是具有可控不对称电容网络的开关电容功率变换器，至少在一种运行模式中所述可控不对称电容网络在充电阶段和放电阶段可以被控制为不同的配置。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述开关电容功率变换器还包括辅助电感，并且该辅助电感的电流被配置为在一个软开关过渡时间期间反向，以使所述开关电容功率变换器的多个功率开关实现软开关。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述可控比例功率变换器的输出输入电压比被配置为可以在运行中调整以减少所述系统的功率损耗或磁辐射。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述功率控制器被配置为能同步执行输出调节和系统性能优化。
10.一个供电系统用的一种装置，包括有：
一个具有谐振电容和线圈的振荡器，该振荡器被配置成运行在至少两个独特的频带上，并且其线圈和谐振电容中的至少一个被配置成在两个不同的频带有不同的等效容值或感值；
一个具有一个直流电压的端口的功率变换器，该直流电压被设置成在不同的频带具有不同的值；及
一个协调该直流电压随所述供电系统功率,...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛恒春，毛天祺，贾学忠，
申请(专利权)人：毛恒春，
类型：发明
国别省市：美国;US
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