用于无线电力传送的安全电路制造技术

一种磁感应谐振充电电路包括：谐振网络，该谐振网络具有将从感应初级线圈接收的磁场转换为交流电(AC)信号的感应次级线圈；以及同步整流器，该同步整流器对AC信号进行整流以生成用于施加至负载的直流电(DC)信号。同步整流器包括用于在故障的情况下分流AC电流源的AC波形的各种配置。例如，当检测到过电压、过电流故障状况或过温故障状况时，整流器控制器可以保持整流器的一对常开开关断开并且保持整流器的一对常闭开关接通以分流AC电流源。提供了用于将在谐振网络不平衡时在电动车辆的底盘中产生的电容性电磁干扰接地的配置。中产生的电容性电磁干扰接地的配置。中产生的电容性电磁干扰接地的配置。

Safety circuit for wireless power transmission

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线电力传送的安全电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2020年4月16日提交的美国临时专利申请第63/010,771号和于2020年11月19日提交的美国专利申请第16/952,933号的权益，二者均由John Wolgemuth提交，并且二者标题均为“Safety Circuits for Wireless Power Transfer”，这两个申请在此通过引用整体并入。


[0003]本公开内容涉及借助于谐振感应的电能的传输。更具体地，本公开内容涉及使高功率无线电力传送系统的安全性最大化的安全电路的系统设计、电路架构和实现方式细节。

技术介绍

[0004]感应电力传输具有跨许多行业和市场的许多重要应用。在低功率便携式消费设备中，使用感应电力传输来对诸如电池的电存储器进行充电越来越普遍。
[0005]众所周知，利用磁谐振在线圈之间传送电力。如法拉第感应定律和楞次定律所描述的，初级(又名发射器)线圈中的交流电产生磁场，磁场经由气隙传播以在次级(又名接收器)线圈中产生对应的相反电流。为了对电池充电，将感应的交流电(AC)转换为直流电(DC)。整流器将周期性地反转方向的交流电(AC)转换为沿仅一个方向流动的直流电(DC)。
[0006]根据AC频率、期望的DC电压或期望的效率，可以使用无源(基于二极管的)或有源(基于MOSFET或开关的)整流器。整流器通常需要附加电路系统来产生电池充电所需的均匀稳定电压和/或电压电平(DC/DC)转换。
[0007]随着对更快充电的需求增加，以更高功率充电的需求导致使用更高的电压和更高的电流。由于高电流源和高电压源的安全隐患增加，需要安全电路来降低电击的可能性。

技术实现思路

[0008]在附图和以下详细描述文本中提供了本专利技术主题的实施方式的各种细节。
[0009]本文中所描述的系统和方法通过提供在故障的情况下分流电力的机制来提供在无线电力传送期间免受电击的增加的安全性。在示例实施方式中，提供了一种磁感应谐振充电电路，包括：谐振网络，该谐振网络包括感应次级线圈，该感应次级线圈将从感应初级线圈接收的磁场转换为交流电(AC)信号；以及同步整流器，该同步整流器对AC信号进行整流以生成用于施加至要充电的负载的直流电(DC)信号。同步整流器还包括用于在故障的情况下分流AC波形的装置。在示例配置中，次级线圈被安装在电动车辆上，并且负载是电动车辆的电池。
[0010]在示例实施方式中，谐振网络包括串联连接至次级线圈的相应端的第一平衡电容器和第二平衡电容器，由此AC信号与第一电容器和第二电容器串联谐振。同步整流器可以包括一对常开开关和一对常闭开关，其中一对常开开关中的一个和一对常闭开关中的一个
连接至第一平衡电容器，并且一对常开开关中的另一个和一对常闭开关中的另一个连接至第二平衡电容器。用于分流的装置包括在故障的情况下分流次级线圈的常闭开关。常开开关被配置成在故障的情况下防止负载短路。还可以提供信号调节电路系统以将DC信号调节为用于施加至负载的经调节的DC信号。
[0011]在示例实施方式中，可以提供第一电流和电压传感器以监测从谐振电路输入至同步整流器中的AC信号，并且可以提供第二电流和电压传感器以监测施加至负载的经调节的DC波形。响应于由第一电流和电压传感器以及第二电流和电压传感器测量的值的整流器控制器可以对由谐振网络输出的AC信号进行锁相，并且响应于所测量的值提供控制一对常开开关和一对常闭开关的切换的控制信号。还可以提供温度传感器，其检测同步整流器的过温故障状况并向整流器控制器提供检测信号。
[0012]在其他示例实施方式中，充电电路还包括充电处理器，该充电处理器从整流器控制器接收输入AC信号幅度、输入AC信号频率、经调节的DC波形电压、经调节的DC波形电流和/或同步整流器的温度，并且命令整流器控制器的动作以例如提供对检测到的故障状况的保护。当AC信号频率在允许范围内，AC信号均方根高于阈值，并且没有检测到故障时，充电处理器指示整流器控制器在来自谐振网络的AC信号的近似过零处接通和断开一对常开开关和一对常闭开关。另一方面，当检测到故障状况时，充电处理器可以禁用整流器控制器，该整流器控制器保持一对常开开关断开并且保持一对常闭开关接通。例如，当第二电流和电压传感器检测到过电压、过电流故障状况或者温度传感器检测到过温故障状况时，整流器控制器可以保持一对常开开关断开并且保持一对常闭开关接通。
[0013]在另外的示例实施方式中，谐振网络可以包括交流电(AC)电流源，并且同步整流器可以包括分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第一对二极管以及分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第二对二极管。分流装置可以包括可以与第二对二极管中的第一二极管并联连接的第一常闭开关以及可以与第二对二极管中的第二二极管并联连接的第二常闭开关。第一常闭开关和第二常闭开关在故障的情况下分流AC电流源。
[0014]在另外的示例实施方式中，谐振网络可以包括交流电(AC)电流源，并且同步整流器可以包括分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第一对二极管以及分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第二对二极管。分流装置可以包括连接在第一对二极管与第二对二极管之间的常闭安全开关。常闭安全开关在故障的情况下分流AC电流源。
[0015]在另外的示例实施方式中，谐振网络可以包括交流电(AC)电流源，并且同步整流器可以包括分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第一对常开开关以及分别连接至AC电流源的第一引线和第二引线的第二对常开开关。分流装置可以包括连接在第一对常开开关与第二对常开开关之间的常闭安全开关。常闭安全开关在故障的情况下分流AC电流源。
[0016]在示例实施方式中，谐振网络可以是平衡的或不平衡的。可以使用各种配置。
[0017]谐振网络可以是平衡的并联
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并联谐振网络(PPRN)，其包括感应初级线圈、与初级线圈并联的第一谐振电容器、次级线圈以及与次级线圈并联的第二谐振电容器。
[0018]谐振网络可以是不平衡的串联
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串联谐振网络(SSRN)，其包括感应初级线圈、与初级线圈串联的第一谐振电容器、次级线圈以及与次级线圈串联的第二谐振电容器。
[0019]谐振网络可以是不平衡的并联
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串联谐振网络(PSRN)，其包括感应初级线圈、与初
级线圈并联的第一谐振电容器、次级线圈以及与次级线圈串联的第二谐振电容器。
[0020]谐振网络可以是不平衡的串联
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并联谐振网络(SPRN)，其包括感应初级线圈、与初级线圈串联的第一谐振电容器、次级线圈以及与次级线圈并联的第二谐振电容器。
[0021]谐振网络可以是平衡的PSRN，其包括感应初级线圈、与初级线圈并联的第一谐振电容器、次级线圈，在感应线圈的第一端处与次级线圈串联的第二谐振电容器以及在次级线圈的第二端处与次级线圈串联的第三谐振电容器。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁感应谐振充电电路，包括：谐振网络，所述谐振网络包括感应次级线圈，所述感应次级线圈将从感应初级线圈接收的磁场转换为交流电(AC)信号；以及同步整流器，所述同步整流器对所述AC信号进行整流以生成用于施加至要充电的负载的直流电(DC)信号，所述同步整流器包括用于在故障的情况下分流所述AC信号的装置。2.根据权利要求1所述的充电电路，其中，所述谐振网络是AC电流源。3.根据权利要求1所述的充电电路，其中，所述谐振网络还包括串联连接至所述次级线圈的相应端的第一平衡电容器和第二平衡电容器，由此所述AC信号与所述第一电容器和所述第二电容器串联谐振。4.根据权利要求3所述的充电电路，其中，所述同步整流器包括一对常开开关和一对常闭开关，所述一对常开开关中的一个和所述一对常闭开关中的一个连接至所述第一平衡电容器，并且所述一对常开开关中的另一个和所述一对常闭开关中的另一个连接至所述第二平衡电容器，用于分流的装置包括在故障的情况下分流所述次级线圈的常闭开关。5.根据权利要求4所述的充电电路，其中，所述常开开关被配置成防止在故障的情况下所述负载短路。6.根据权利要求4所述的充电电路，还包括信号调节电路系统，所述信号调节电路系统将所述DC信号调节为用于施加至所述负载的经调节的DC信号。7.根据权利要求6所述的充电电路，还包括第一电流和电压传感器和第二电流和电压传感器，所述第一电流和电压传感器监测从所述谐振电路输入至所述同步整流器中的所述AC信号，所述第二电流和电压传感器监测施加至所述负载的所述经调节的DC信号。8.根据权利要求7所述的充电电路，还包括整流器控制器，所述整流器控制器响应于由所述第一电流和电压传感器以及所述第二电流和电压传感器测量的值，以对由所述谐振网络输出的AC信号进行锁相并且响应于所测量的值提供控制所述一对常开开关和所述一对常闭开关的切换的控制信号。9.根据权利要求8所述的充电电路，还包括温度传感器，所述温度传感器检测所述同步整流器的过温故障状况并向所述整流器控制器提供检测信号。10.根据权利要求9所述的充电电路，还包括充电处理器，所述充电处理器从所述整流器控制器接收输入AC信号幅度、输入AC信号频率，经调节的DC波形电压、经调节的DC波形电流和所述同步整流器的温度中的至少一个并且命令所述整流器控制器的动作。11.根据权利要求10所述的充电电路，其中，当所述AC信号频率在允许范围内，AC信号均方根高于阈值，并且没有检测到故障时，所述充电处理器指示所述整流器控制器在来自所述谐振网络的AC信号的近似过零处接通和断开所述一对常开开关和所述一对常闭开关。12.根据权利要求10所述的充电电路，其中，当检测到故障状况时，所述充电处理器禁用所述整流器控制器，所述整流器控制器保持所述一对常开开关断开并且保持所述一对常闭开关接通。13.根据权利要求10所述的充电电路，其中，当所述第二电流和电压传感器检测到过电压、过电流故障状况或者所述温度传感器检测到过温故障状况时，所述整流器控制器保持所述一对常开开关断开并且保持所述一对常闭开关接通。14.根据权利要求2所述的充电电路，其中，所述同步整流器包括分别连接至所述AC电
流源的第一引线和第二引线的第一对二极管以及分别连接至所述AC电流源的所述第一引线和所述第二引线的第二对二极管，所述分流装置包括与所述第二对二极管中的第一二极管并联连接的第一常闭开关以及与所述第二对二极管中的第二二极管并联连接的第二常闭开关，所述第一常闭开关和所述第二常闭开关在故障的情况下分流所述AC电流源。15.根据权利要求2所述的充电电路，其中，所述同步整流器包括分别连接至所述AC电流源的第一引线和第二引线的第一对二极管以及分别连接至所述AC电流源的所述第一引线和所述第二引线的第二对二极管，所述分流装置包括连接在所述第一对二极管与所述第二对二极管之间的常闭安全开关，所述常闭安全开关在故障的情况下分流所述AC电流源。16.根据权利要求2所述的充电电路，其中，所述同步整流器包括分别连接至所述AC电流源的第一引线和第二引线的第一对常开开关以及分别连接至所述AC电流源的所述第一引线和所述第二引线的第二对常开开关，所述分流装置包括连接在所述第一对常开开关与所述第二对常开开关之间的常闭安全开关，所述常闭安全开关在故障的情况下分流所述AC电流源。17.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：动量动力学公司，
类型：发明
国别省市：