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用于向负载供电的系统及方法

阅读：587发布：2024-02-16

专利汇可以提供用于向负载供电的系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于以感应方式向远程装置提供能量的电源，包括工作在工作频率的逆变器和初级线圈。相位比较器比较电压的相位或由该电源传输的电流。如果由该相位比较器检测到的相位关系不可接受，则禁用该逆变器。在预定时间段后，再使该逆变器工作，并且该相位关系再次被确定。，下面是用于向负载供电的系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于向远程装置提供能量的电路，包括：
逆变器，工作于工作频率；
储能电路，包括电容器与感应器，用于向所述远程装置传输能量；
相位比较器，用于将提供到所述储能电路的电压的相位和所述储能电路的所述电容器与所述感应器之间的电压的相位进行比较；及
禁用装置，用于如果所述储能电路的所述电容器和所述感应器之间的电压的相位和提供到所述储能电路的电压的相位以预定量异相则禁用所述逆变器。
2.根据权利要求1所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述逆变器还包括第一开关。
3.根据权利要求2所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述逆变器还包括耦合到所述开关的驱动器。
4.根据权利要求3所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述逆变器还包括用于使所述开关工作在所述工作频率的振荡器。
5.根据权利要求1所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，还包括：用于从所述远程装置接收相关于期望相位关系的信息的接收器；其中所述禁用装置基于所述储能电路的所述电容器和所述感应器之间的电压的相位与所述装置的相关于期望相位关系的信息的比较而禁用所述逆变器。
6.根据权利要求1所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述禁用装置基于指示提供到所述感应器的电压的相位和提供到所述储能电路的电压的相位以预定量异相的所述相位比较器的输出而禁用所述逆变器。
7.根据权利要求6所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述用于向远程装置提供能量的电路具有第二开关。
8.根据权利要求7所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述第一开关与第二开关设置成串联。
9.根据权利要求1所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述禁用装置是微处理器，并且所述用于向远程装置提供能量的电路还包括：用于从所述远程装置接收识别码的接收器；其中所述微处理器包括存储器，用于处理所述识别码以从所述存储器查询所述远程装置的期望相位关系，所述微处理器比较所述期望相位关系与所述相位比较器的第一相位比较以产生第二相位比较，并且随所述第一相位比较与所述第二相位比较而禁用所述逆变器。
10.根据权利要求8所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述禁用装置是模拟电路。
11.根据权利要求8所述的向远程装置提供能量的电路，其特征在于，所述禁用装置数字电路。
12.一种使电路工作的方法，包括：
使逆变器工作在第一频率以向包括电容器与感应器的储能电路提供能量；
确定所述逆变器的第一工作相位；
确定所述储能电路的所述电容器与所述感应器之间的电压的第一工作相位；
比较所述逆变器的所述第一工作相位与所述储能电路的所述电容器与所述感应器之间的电压的所述第一工作相位，以产生第一比较；及
响应于所述第一比较而禁用所述逆变器。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述逆变器包括振荡器，并且禁用所述逆变器的步骤包括禁用所述振荡器。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，禁用所述逆变器包括：响应于比较所述第一比较与存储在存储器中的值而禁用所述逆变器。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述禁用所述逆变器而等待一段时间；
使所述逆变器工作在第二频率；
确定所述逆变器的第二工作相位；
确定所述储能电路的所述电容器与所述感应器之间的电压的第二工作相位；
比较所述逆变器的所述第二工作相位与所述储能电路的所述电容器与所述感应器之间的电压的所述第二工作相位，以产生第二比较；及
响应于所述第二比较而禁用所述逆变器。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一频率与所述第二频率相同。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一频率与所述第二频率不同。

说明书全文

用于向负载供电的系统及方法

背景技术

[0001] 间歇性激励装置的感应供电(inductive powering)将会是十分方便的。初级线圈设置在某些方便的位置。当放置成接近初级线圈时，带适当次级线圈的装置被提供能量，而无需将装置连接到软线或电缆。但是对于感应式电源来说，能量消耗的如此迅速变化会存在问题。

[0002] 某些装置(比如那些用于烹饪的装置)被设计为能够间歇性地从电源获取能量。比如，电源使用相当大的功率将其烹饪面加热到期望的温度。当到达那个温度时，电饭煲就停止用电。如果烹饪面变冷，就再次以相当大的功率加热其烹饪面。

[0003] 感应电源建立远程装置从中获取能量的磁场。由远程装置引起的能量消耗的瞬时停止不会自动终止磁场。相反，先前建立的磁场在远程装置不再获取能量之后还将继续存在获取。感应电源(inductive power supply)将会继续向磁场提供能量，引起电源内部的过电流。如果不加以抑制，这种电源内部的大电流可以最终导致电源的电子元件的损坏，比如晶体管和其他半导体装置的损坏，致使电源不能使用。

[0004] 因此很需要一种改进的感应电路以向负载提供能量。

[0005] 附图简述

[0006] 图1显示了向间歇负载(intermittent load)提供能量用的感应电源。

[0007] 图2显示了用于向间歇负载提供感应能量的电路的操作方法。

[0008] 发明实施例

[0009] 图1是为远程装置8提供能量的感应电源6。逆变器(inverter)10传统上由振荡器12、驱动器(driver)14和晶体管16、18构成，以用于向储能电路20提供交流电。储能电路20是由初级电容器22和初级感应器24构成串联谐振电路。用于电路的电源可以是任何直流功率源，如AC-DC变换器或电池。

[0010] 振荡器12、驱动器14和储能电路20可为常规装置。适当装置和电路更深入的介绍可以在名为“感应连接的稳定电路”(“Inductively Coupled Ballast Circuit”)的美国专利6,825,620、名为“适应感应电源”(“Adaptive Inductive Power Supply”)的申请序列号10/689,499的美国专利申请和名为“带通信的适应性感应电源”(“Adaptive Inductive Power Supply with Communication”)的申请序列号10/689,148的美国专利申请中找到。这些专利及申请从而被参考引用。

[0011] 远程装置8由次级感应器28、次级电容器30、负载32，可选的装置收发器44和可选的存储器46构成。众所周知，次级感应器28和次级电容器30向远程装置32提供能量。空隙34将初级感应器24和次级感应器28分开。优选地，初级感应器24和次级感应器28是无芯的。

[0012] 相位比较器36的一个输入端是提供到储能电路20的电压。相位比较器36的第二输入端是提供到初级感应器24的电压。如果提供到储能电路20的电压与提供到初级感应器24的电压同相，相位比较器36就向微处理器38提供逻辑“0”。如果这两个电压不同相，则相位比较器36向微处理器38提供逻辑“1”输出。

[0013] 在运行中，当远程装置8获取能量时，提供到储能电路20和初级感应器24的电压同相。但是，当远程装置8不再获取能量时，提供到储能电路20和初级感应器24的电压就变成不同相。当电压异相时，相位比较器36提供逻辑“1”输出。

[0014] 为了将供给远程装置8的电压相位的小幅变化与远程装置8不再获取能量的情况分开，仅在电压有大约90度的异相时，相位比较器36才输出逻辑“1”。众所周知，相位比较器36可被调整到为不同的异相条件提供逻辑“1”的输出。例如，相位比较器36可以在电压有45度异相时提供逻辑”1”的输出。

[0015] 微处理器38控制振荡器12的运行。当相位比较器的输出为“0”时，则微处理器38使逆变器10工作。

[0016] 但是，当相位比较器检测到的电压相位异相时，微处理器则禁用逆变器10，并且因此立即阻止能量进一步流过储能电路20。可选地，微处理器38可由适当的模拟或数字电路替换，这些模拟或数字电路能够基于相位比较器36的输出而禁用振荡器12。

[0017] 相位比较器36是简单的检测型(go/no-go)相位比较器。相位侦测器由异或门、低通滤波器和电压比较器构成。低通滤波器提供0°和90°之间的线性相位信息。

[0018] 可选地，相位比较器36可被数字化，以提供表示两电压间的相位差的标量。如果这样的话，则存储器40可含有表示可接受相位关系的值和表示不可接受相位关系的值。微处理器38可以读取相位比较器36的输出，并将读取的值与存储器40内的值进行比较，然后根据需要禁用振荡器12。

[0019] 由于微处理器38用于相位检测而导致的有关时间延迟在某些场合是有害的。如果储能电路20的Q值十分高，延迟会导致晶体管16，18的毁坏。但是，如果储能电路20的Q值充分地低，微处理器38就可在某些场合中使用。

[0020] 电源6可以设置有电源收发器42，以用于从可选的远程装置收发器44接收信息。远程装置收发器44将向微处理器38提供信息，这些信息相关于在向远程装置8的能量传送期间由相位比较器36检测到的期望的或可接受的相位关系。微处理器38随后在存储器
40内存储这些信息，以用于确定远程装置8是否在接收能量。微处理器38然后将相位比较器36的输出与来自存储器8的信息进行比较。如果需要的话，微处理器38禁用振荡器12的运行。例如，如果远程装置8要求，由相位检测器36检测的相位关系在正常工作期间不应超过45度的异相，并且由相位检测器36测量的电压为50度异相，则微处理器38禁用振荡器12。

[0021] 远程装置收发器44可使用众多装置中的任意一些，诸如RFID标签、无线局域网发射器或蓝牙发射器。远程装置也可设置有可包含相位信息的远程装置存储器46。可选地，存储器40可为多个装置存储期望的相位关系。远程装置收发器44可以向电源10传送识别码，然后处理器38将从存储器40中查找相应的相位信息。微处理器38然后将相位比较器36的输出与从存储器40中检索的相位信息进行比较。如果存储器40中检索的相位信息与相位比较器36的输出不相对应，则微处理器禁用振荡器12。

[0022] 如上描述，在微处理器38禁用振荡器12后，微处理器38在预定时间段后使振荡器12再次工作。如果相位比较器36的输出指示了可接受的相位关系，从而指示了远程装置32再次准备好接受能量，那么微处理器38继续允许振荡器12工作。但是如果如上描述的，相位比较器36的输出指示不可接受的相位关系，那么微处理器再次禁用振荡器12，并在使振荡器12再次能够工作前暂停第二预定时间段。

[0023] 图2是用于操作如图1所示的电路的方法。首先，振荡器12在预定频率处工作。步骤100。读取相位检测器。步骤102。已经证明，每5ms读取一次可接受。

[0024] 然后评估相位以确定相位是否可接受。步骤104。

[0025] 如果相位不可接受，则关闭振荡器。步骤106。振荡器保持关闭第一预定时间段。步骤108。振荡器保持关闭的时间长度依赖于具体情况。如果感应电源6是与烹饪器具(如煎锅)一起使用，那么1分钟的时间段被认为是可接受的。

[0026] 振荡器然后被供给能量。步骤110。振荡器12的能量供给是为了检测以确定远程装置8是否在再次获取能量。振荡器能够工作于最初的频率或不同的“检测”频率。在某些情况中，使电路的工作频率不同于检测频率是有益的。根据一种实施方式，“检测”频率是位于远程装置8的期望的工作频率或谐振频率之外的预定频率。例如，如果远程装置8期望能够工作在特定频率，或40KHz到50Hz之间的频率范围中，那么检测频率可被设定在75KHz到80KHz的范围内。为了选择检测频率，必须注意避免负载电路和无负载电路的谐振频率，及任何谐波共振频率。

[0027] 相位再次被读取与评估。步骤112和114。如果相位是可接受的，电路就以通常方式工作。如果相位不可接受，振荡器关闭。步骤106。从那点开始继续监测。

[0028] 上面描述的感应电源对于为间隔使用相对大量电量的装置提供能量来说是理想的。电源可以快速地检测到负载需求的变化，并随后自动且临时地关闭，以避免对电源的毁坏。

[0029] 以上描述是优选的实施方式。在不背离所附权利要求中限定的本发明的精神和宽泛方面的情况下，可以进行各种改型和变化，权利要求可根据包括等同原则的专利法原则来进行解释。以单数形式主张的元素的参考，例如，使用词语“一个”“该”或“所述”，不应该解释为对单个元素的限制。

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