非接触式电力传输设备
阅读：194发布：2020-10-28
专利汇可以提供非接触式电力传输设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种非 接触 式电 力 传输设备，所述非接触式电力传输设备包括：电力转换器，被构造为将输入电力转换为传输电力；电力发送器，被构造为以非接触式的方式发送所述传输电力； 控制器 ，被构造为根据所述传输电力的状态来提供电力转换控制 信号 ，以控制所述电力转换器的电力转换操作，并且根据所述电力转换 控制信号 来输出输入电力控制信号，以控制所述输入电力的电力电平。，下面是非接触式电力传输设备专利的具体信息内容。
1.一种非接触式电力传输设备，包括：
电力转换器，被构造为将输入电力转换为传输电力；
电力发送器，被构造为以非接触式的方式发送所述传输电力；以及
控制器，被构造为根据所述传输电力的状态来提供电力转换控制信号，以控制所述电力转换器的电力转换操作，并且根据所述电力转换控制信号来输出输入电力控制信号，以控制所述输入电力的电力电平。
2.根据权利要求1所述的非接触式电力传输设备，所述非接触式电力传输设备还包括电源，被构造为根据从所述控制器输出的所述输入电力控制信号来调整所述输入电力的电力电平，并且将所述输入电力供应到所述电力转换器。
3.根据权利要求2所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为：输出所述电力转换控制信号，以调整所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个；
根据所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个来输出所述输入电力控制信号，以调整所述电源的开关通断占空比。
4.根据权利要求3所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为根据所述电力转换控制信号和时钟信号或二者的组合来计算所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个，并且根据计算的结果是否在参考范围外来输出调整所述电源的开关通断占空比的所述输入电力控制信号。
5.根据权利要求2所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为：输出包括第一门信号和第二门信号的所述电力转换控制信号，
根据所述电力转换控制信号和时钟信号来计算所述第一门信号和所述第二门信号的导通相位，并且根据计算的结果是否在参考范围外来输出所述输入电力控制信号，以调整所述电源的开关通断占空比。
6.根据权利要求2所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为采用所述电力转换控制信号作为所述输入电力控制信号。
7.根据权利要求1所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为将所述输入电力控制信号发送到向所述电力转换器供应输入电力的外部可变适配器。
8.根据权利要求1所述的非接触式电力传输设备，其中，所述电力转换器包括全桥逆变器或半桥逆变器。
9.一种非接触式电力传输设备，包括：
电力转换器，被构造为将输入电力转换为传输电力；
电力发送器，被构造为以非接触式的方式发送所述传输电力；以及
控制器，被构造为响应于所述电力转换器的电力转换操作的状态处于参考范围之外以调整所述输入电力的电力电平。
10.根据权利要求9所述的非接触式电力传输设备，所述非接触式电力传输设备还包括电源，被构造为根据所述控制器的控制来调整所述输入电力的电力电平，并且将所述输入电力的改变后的电力电平供应到所述电力转换器。
11.根据权利要求10所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为响应于所述电力转换操作的状态以调整所述输入电力的电力电平，所述电力转换操作的状态包括所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为根据所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个是否在所述参考范围外来调整所述输入电力的电力电平。
13.根据权利要求9所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为：将第一门信号和第二门信号提供到所述电力转换器，以控制所述电力转换器的电力转换操作，根据所述第一门信号和所述第二门信号的导通相位是否在所述参考范围外来调整所述输入电力的电力电平。
14.根据权利要求9所述的非接触式电力传输设备，其中，所述控制器还被构造为将用于调整所述输入电力的电力电平的输入电力控制信号发送到将所述输入电力供应到所述电力转换器的外部可变适配器。
15.根据权利要求9所述的非接触式电力传输设备，其中，所述电力转器包括全桥逆变器或半桥逆变器。
16.一种无线电力传输设备，包括：
电源，被构造为响应于电源信号提供可变电力；
电力转换器，结合到所述电源，所述电力转换器被构造为将所述可变电力转换为传输电力；以及，
控制器，被构造为响应于对所述传输电力执行的计算以适应性地调整所述电源的可变电力和所述电力转换器的操作特性中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的无线电力传输设备，其中，所述控制器包括：处理器，被构造为相对于参考时钟而连续地计算所述电力转换器的开关频率；并且，响应于所计算的开关频率以适应性地调整所述电力转换器的占空比，以使所述开关频率保持在预定的范围内。
18.根据权利要求16所述的无线电力传输设备，其中：
所述电力转换器包括开关；
所述控制器包括处理器，所述处理器被构造为：
产生用于所述电力转换器的开关的控制信号，
连续地计算输出到所述电力转换器的所述控制信号的占空比，
响应于所计算的占空比以适应性地调整所述控制信号的占空比。
19.根据权利要求16所述的无线电力传输设备，其中：
所述电力转换器包括两个开关；
所述控制器包括处理器，所述处理器被构造为：产生分别与所述两个开关对应的两个控制信号，以控制所述两个开关；连续地计算所述控制信号之间的相位差，并且，响应于所计算的相位差以适应性地调整所述开关的占空比。
非接触式电力传输设备
技术领域
[0002] 下面的描述涉及一种以非接触式的方式发送电力的非接触式电力传输设备。
背景技术
[0003] 最近，随着无线充电技术已被实施在智能电话内，无线充电的市场已经显露出来。然而，由于与通常可获得快速充电的现有有线充电相比，无线充电具有较低的充电电力，所以除其他方面外，存在充电时间方面不利的问题。相应地，对增大无线充电的输出功率的需要已经增长。
发明内容
发明内容
[0004] 提供本发明内容以通过简化形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容既不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0005] 根据一个总体方面，一种非接触式电力传输设备包括：电力转换器，被构造为将输入电力转换为传输电力；电力发送器，被构造为以非接触式的方式发送所述传输电力；控制器，被构造为根据所述传输电力的状态来提供电力转换控制信号，以控制所述电力转换器的电力转换操作，并且根据所述电力转换控制信号来输出输入电力控制信号，以控制所述输入电力的电力电平。
[0006] 所述非接触式电力传输设备还可包括电源，被构造为根据从所述控制器输出的所述输入电力控制信号来调整所述输入电力的电力电平，并且将所述输入电力供应到所述电力转换器。
[0007] 所述控制器还可被构造为：输出所述电力转换控制信号，以调整所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个；并且，根据所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个来输出所述输入电力控制信号，以调整所述电源的开关通断占空比。
[0008] 所述控制器还可被构造为根据所述电力转换控制信号和时钟信号或二者的组合来计算所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个，并且根据计算的结果是否在参考范围外来输出调整所述电源的开关通断占空比的所述输入电力控制信号。
[0009] 所述控制器还可被构造为：输出包括第一门信号和第二门信号的所述电力转换控制信号，并且根据所述电力转换控制信号和时钟信号来计算所述第一门信号和所述第二门信号的导通相位，并且根据计算的结果是否在参考范围外来输出所述输入电力控制信号，以调整所述电源的开关通断占空比。
[0010] 所述控制器还可被构造为采用所述电力转换控制信号作为所述输入电力控制信号。
[0011] 所述控制器还可被构造为将所述输入电力控制信号发送到向所述电力转换器供应输入电力的外部可变适配器。
[0012] 所述电力转换器可包括全桥逆变器或半桥逆变器。
[0013] 根据另一总体方面，一种非接触式电力传输设备包括：电力转换器，被构造为将输入电力转换为传输电力；电力发送器，被构造为以非接触式的方式发送所述传输电力；控制器，被构造为响应于所述电力转换器的电力转换操作的状态处于参考范围之外以调整所述输入电力的电力电平。
[0014] 所述非接触式电力传输设备还可包括电源，被构造为根据所述控制器的控制来调整所述输入电力的电力电平，并且将所述输入电力的改变后的电力电平供应到所述电力转换器。
[0015] 所述控制器还可被构造为响应于所述电力转换操作的状态以调整所述输入电力的电力电平，所述电力转换操作的状态包括所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个。
[0016] 所述控制器还可被构造为根据所述电力转换器的开关频率、所述电力转换器的开关通断占空比中的至少一个是否在所述参考范围外来调整所述输入电力的电力电平。
[0017] 所述控制器还可被构造为：将第一门信号和第二门信号提供到所述电力转换器，以控制所述电力转换器的电力转换操作，并且根据所述第一门信号和所述第二门信号的导通相位是否在所述参考范围外来调整所述输入电力的电力电平。
[0018] 所述控制器还可被构造为将用于调整所述输入电力的电力电平的输入电力控制信号发送到将所述输入电力供应到所述电力转换器的外部可变适配器。
[0019] 所述电力转器可包括全桥逆变器或半桥逆变器。
[0020] 根据另一总体方面，一种无线电力传输设备包括：电源，被构造为响应于电源信号提供可变电力；电力转换器，结合到所述电源，所述电力转换器被构造为将所述可变电力转换为传输电力；控制器，被构造为响应于对所述传输电力执行的计算以适应性地调整所述电源的可变电力和所述电力转换器的操作特性或二者的组合。
[0021] 所述控制器可包括：处理器，被构造为相对于参考时钟连续地计算所述电力转换器的开关频率；并且，响应于所计算的开关频率以适应性地调整所述电力转换器的占空比，以使所述开关频率保持在预定的范围内。
[0022] 所述电力转换器可包括开关；所述控制器可包括处理器，所述处理器被构造为：产生用于所述电力转换器的开关的控制信号；连续地计算输出到所述电力转换器的所述控制信号的占空比；响应于所计算的占空比以适应性地调整所述控制信号的占空比。
[0023] 所述电力转换器可包括两个开关；所述控制器可包括处理器，所述处理器被构造为：产生分别与所述两个开关对应的两个控制信号，以控制所述两个开关；连续地计算所述控制信号之间的相位差，并且，响应于所计算的相位差以适应性地调整所述开关的占空比。
附图说明
[0026] 图2是根据第二实施例的非接触式电力传输设备的示意性框图。
[0027] 图3是根据第三实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0028] 图4是根据第四实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0029] 图5A是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的电力转换频率的计算的示图，图5B是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的电力转换频率的控制操作的流程图。
[0030] 图6A是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的电力转换占空比的计算的示图。
[0031] 图6B是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的电力转换占空比的控制操作的流程图。
[0032] 图7A是示出根据实施例的非接触式电力传输设备的相位的计算的示图，图7B是示出根据实施例的根据非接触式电力传输设备的相位的控制操作的流程图。
[0033] 图8是根据第五实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0034] 图9是根据第六实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0035] 图10是根据第七实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0036] 图11是根据第八实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0037] 图12是示出根据实施例的根据非接触式电力传输设备的电力转换频率的控制操作的流程图。
[0038] 图13是示出根据实施例的根据非接触式电力传输设备的电力转换占空比的控制操作的流程图。
[0039] 图14是示出根据实施例的根据非接触式电力传输设备的相位的控制操作的流程图。
[0040] 在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明及方便起见，附图中元件的相对尺寸、比例和描绘可被放大。
具体实施方式
[0041] 提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，这里所描述的方法、装置和/或系统的各种变换、修改及等同物对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出对本领域的普通技术人员将是显而易见的变换。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域的普通技术人员来说公知的功能和结构的描述。
[0042] 这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，提供这里所描述的示例是为了使本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。
[0043] 在整个说明书中，将理解的是，当元件(诸如，层、区域或晶圆(基板))被称为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在介于它们之间的其他元件或层。相同的标号始终指示相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项的一项或更多项的任何以及全部组合。
[0044] 将显而易见的是，尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”等术语来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语所限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、组件、区域、层或部分可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
[0045] 在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”等空间关系术语，以易于描述如附图所示的一个元件与其他元件的关系。将理解的是，空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于其他元件或特征位于“上部”或“之上”的元件随后将定位为相对于其他元件或特征位于“下部”或“之下”。因此，术语“在……之上”可根据附图的特定方向而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并可对在这里使用的空间关系描述符做出相应的解释。
[0046] 在此使用的术语仅描述具体的实施例，而本公开不受此限制。除非上下文另外清楚地指明，否则如在此所使用的单数的形式也意图包括复数的形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，列举存在的所陈述的特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、元件和/或它们组成的组。
[0047] 在下文中，将参照示意图描述本公开的实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可估计所示出的形状的修改。因此，本公开的实施例不应被解释为局限于在此示出的区域的特定形状，而是应被理解为包括例如，由制造导致的形状上的改变。下面的实施例还可以由一个或其组合构成。
[0048] 因为无线充电通常具有较低的充电电力，所以与通常可获得快速充电的现有有线充电器相比，除其他问题外，存在充电时间方面不利的问题。相应地，对增大无线充电的输出功率的需要已经增长。
[0049] 除了其他方面，上面所提到的问题的原因是：通常减小无线充电的输出电流来降低发热问题，这导致无线充电具有比现有有线充电的电力转换效率低的电力转换效率。由于上面所提到的问题阻碍无线充电的发展，所以正在进行设法在多方面(诸如电路、材料、生产等)提高无线充电的效率的研究。
[0050] 图1是根据第一实施例的非接触式电力传输设备的示意性框图。
[0051] 参照图1，根据第一实施例的非接触式电力传输设备100包括电力转换器120、电力发送器130以及控制器140。
[0052] 电力转换器120被提供有通过控制器140的输入电力控制信号来控制的输入电力，并且用于将输入电力转换为传输电力以输出转换后的传输电力。
[0053] 电力发送器130以非接触式的方式通过谐振线圈将来自电力转换器120的传输电力发送到外部电力接收器。
[0054] 控制器140提供电力转换控制信号以及提供输入电力控制信号，所述电力转换控制信号基于传输电力的状态控制电力转换器120的电力转换操作，所述输入电力控制信号基于所述电力转换控制信号控制输入电力的电力电平(power level)。
[0055] 例如，为了提供电力接收器的要求电力或具有规定电力电平的传输电力，控制器140将电力转换控制信号提供给电力转换器120。此外，例如，为了控制电力转换器120的电力转换操作的状态保持在参考范围内，控制器140基于电力转换控制信号来输出输入电力控制信号。在电力转换器120的电力转换操作的状态在参考范围之外的情况下，控制器140输出用于改变输入电力的电力电平的输入电力控制信号。
[0056] 图2是根据第二实施例的非接触式电力传输设备的示意性框图。
[0057] 参照图2，与图1中所示的根据第一实施例的非接触式电力传输设备100相比，根据实施例的非接触式电力传输设备200还包括电源210。
[0058] 电源210将输入电力供应到电力转换器220，并且基于来自控制器240的输入电力控制信号来改变输入电力的电力电平。例如，控制器240基于对电力转换器220的电力转换操作进行控制的电力转换控制信号，将用于控制输入电力的电力电平的输入电力控制信号提供给电源210。
[0059] 图3是根据第三实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0060] 参照图3，根据第三实施例的非接触式电力传输设备300包括：电源310，具有至少一个开关Q；电力转换器320，具有一个或更多个开关S1、S2、S3和S4；电力发送器330，具有电容器Cr和线圈Lr；控制器340。
[0061] 电源310通过至少一个开关Q的开关操作将电力Vin转换为输入电力。电源310包括升压转换器和/或降压转换器。至少一个开关Q具有通过来自控制器340的输入电力控制信号Vpwm而改变的占空比，以改变输入电力的电力电平。
[0062] 电力转换器320通过一个或更多个开关S1、S2、S3和S4的开关操作而将来自电源310的输入电力转换为传输电力。一个或更多个开关S1、S2、S3和S4是第一开关S1与第四开关S4被设置在高侧而第三开关S3与第二开关S2被设置在低侧的全桥逆变器。控制器340提供电力转换控制信号Vg1和Vg2以控制全桥逆变器S1、S2、S3和S4的开关操作。
[0063] 电力转换控制信号包括第一门(gate)信号Vg1以及第二门信号Vg2。第一门信号Vg1被传输到第一开关S1和第二开关S2，第二门信号Vg2被传输到第三开关S3和第四开关S4。第一门信号Vg1和第二门信号Vg2具有彼此相反的信号电平。也就是说，在第一门信号Vg1是高电平信号的情况下，第二门信号Vg2是低电平信号。相反地，在第一门信号Vg1是低电平信号的情况下，第二门信号Vg2是高电平信号。
[0064] 相应地，如果第一开关S1和第二开关S2导通，则第三开关S3和第四开关S4断开。相反地，如果第一开关S1和第二开关S2断开，则第三开关S3和第四开关S4导通。也就是说，第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3、第四开关S4彼此互补地进行操作。
[0065] 电力发送器330包括电容器Cr以及线圈Lr，并且以非接触方式将来自电力转换器320的传输电力发送到外部电力接收器。
[0066] 传输电力的电力状态Vsen被传输到控制器340，控制器340基于电力状态Vsen来控制电力转换器320的电力转换操作。根据图3所示，从电容器Cr与线圈Lr的连接点检测到传输电力的电力状态Vsen，但是传输电力的检测位置不局限于此。从各个位置来检测传输电力的电力状态Vsen。例如，从电容器Cr与第二开关S2、第四开关S4的连接点检测电力状态Vsen。
[0067] 控制器340执行控制，使得电力转换器320在设置的参考范围中执行电力转换操作。
[0068] 为此，控制器340执行控制，使得用于电力转换器320的电力转换操作的开关频率、开关的通断占空比以及导通相位被保持在参考范围内，并且控制器340可通过将输入电力控制信号Vpwm发送到电源310以改变输入电力的电力电平而执行控制，使得开关频率、开关通断占空比以及导通相位中的至少一个属于参考范围。相应地，基于电力转换控制信号Vg1和Vg2来设置输入电力控制信号Vpwm。输入电力控制信号Vpwm控制电源310的至少一个开关Q的开关的通断占空比。
[0069] 图4是根据第四实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0070] 参照图4，根据第四实施例的非接触式电力传输设备400的电力转换器420包括第一开关S1被设置在高侧而第二开关S2被设置在低侧的半桥逆变器。电力转换器420通过半桥逆变器S1和S2的开关操作而将来自电源410的输入电力转换为传输电力，并且将传输电力传输到电力发送器430。控制器440将第一门信号Vg1传输到第一开关S1以及将第二门信号Vg2传输到第二开关S2，以执行控制使得如果第一开关S1导通、则第二开关S2断开以及如果第一开关S1断开、则第二开关S2导通。
[0071] 图5A是示出根据实施例的非接触式电力传输设备的电力转换频率的计算的示图，图5B是示出根据实施例的根据非接触式电力传输设备的电力转换频率的控制操作的流程图。
[0072] 图1至图4中所示的控制器通过频率调制方案来控制电力转换器的电力转换操作，并且根据时钟信号Vosc来计算电力转换器的电力转换频率。
[0073] 参照图5A，例如，时钟信号Vosc具有高电平与低电平被重复的信号配置。如果将一个高电平与相继的一个低电平的信号配置设置为时钟的一个周期tosc，则计算时钟信号的多少个周期与第一门信号Vg1(或第二门信号)的一个周期tsw(具有一个高电平和相继的一个低电平)相对应。根据周期与频率之间的关系以及用于电力转换器的电力转换的开关频率，可根据时钟信号的周期来计算对应性。在上面所述的频率调制方案中，控制器固定电力转换器的占空比。例如，占空比被固定为50％。
[0074] 参照图5B，如果开关频率fsw(如上面所述进行计算)在参考范围内(flowerfupper)，则控制器适应性地调整来自电源的输入电力的电力电平。例如，如果开关频率fsw比参考范围的较低频率低(fswfupper)，则控制器提供减小电源的至少一个开关的开关占空比的输入电力控制信号。
[0075] 相应地，在应该增大非接触式电力传输设备的电压增益的情况下，诸如，例如，由于条件(诸如，例如，非接触式电力接收器的位置、角度或要求)的改变而导致负载增大、传输电力的电压电平增大，控制器执行减小电力转换器的开关频率的操作。这里，该开关频率也被反应在电源的用于增大输入电力的电压电平的操作上，从而增大电压增益而没有显著地减小开关频率。
[0076] 相反地，在非接触式电力传输设备的电压增益将被减小的情况下，诸如负载减小、传输电力的电压电平减小等，控制器执行增大电力转换器的开关频率的操作。这里，开关频率也被反应在电源的用于减小输入电力的电压电平的操作上，从而减小电压增益而没有显著地增大开关频率。并且，控制器可响应于对传输电力执行的计算来适应性地调整电源的可变电力以及电力转换器的操作特性中的至少一个。
[0077] 也就是说，由于改变电压增益而没有显著地脱离执行基本优化操作的开关频率条件，所以存在在负载的条件下提高效率的优势。
[0078] 图6A是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的电力转换占空比的计算的示图，图6B是示出根据非接触式电力传输设备的电力转换占空比的控制操作的流程图。
[0079] 控制器通过占空比调制方案来控制电力转换器的电力转换操作。与图5A类似，参照图6A，时钟信号Vosc具有高电平与低电平被重复的信号配置。如果将一个高电平和相继的一个低电平的信号配置设置为时钟的一个周期tosc，则由于可计算多少个周期的时钟信号与第一门信号Vg1或第二门信号Vg2的具有一个高电平和相继的一个低电平的一个周期tsw对应，并且可计算多少个周期的时钟信号与第一门信号Vg1(或第二门信号Vg2(td))的导通占空或断开占空对应，所以第一门信号Vg1(或第二门信号Vg2)的占空比能够被计算。在上面所述的占空比调制方案中，控制器固定电力转换器的开关频率。
[0080] 参照图6B，如果电力转换器的开关的通断占空比D(例如，如上面所述进行计算)在参考范围内(DlowerDupper)，则控制器适应性地调整来自电源的输入电力的电力电平来保持占空比D在参考范围内。例如，如果开关通断占空比D比参考范围的较低占空比低(DDupper)，则控制器将提供增大电源的至少一个开关的开关占空比的输入电力控制信号。
[0081] 相应地，在应该增大非接触式电力传输设备的电压增益的情况下，诸如，负载增大、传输电力的电压电平增大，控制器执行增大电力转换器的开关通断占空比的操作。这里，开关通断占空比也被反应在电源的用于增大输入电力的电压电平的操作上，从而可增大电压增益而没有显著地增大开关通断占空比。
[0082] 相反地，在需要减小非接触式电力传输设备的电压增益的情况下，诸如负载减小、传输电力的电压电平减小，控制器执行减小电力转换器的开关通断占空比的操作。这里，开关通断占空比也被反应在电源的用于减小输入电力的电压电平的操作上，从而减小电压增益而没有显著地减小开关通断占空比。
[0083] 也就是说，由于改变电压增益而没有显著地执行优化操作的开关通断占空比条件，所以存在在负载的条件下提高效率的优势。
[0084] 图7A是示出根据一个或更多个实施例的非接触式电力传输设备的相位的计算的示图，图7B是示出根据一个或更多个实施例的基于非接触式电力传输设备的相位的控制操作的流程图。
[0085] 根据一个或更多个实施例，控制器通过相位调制方案来控制电力转换器的电力转换操作。与图5A和图6A中所描述的类似，参照图7A，时钟信号Vosc具有高电平与低电平被重复的信号配置。如果将一个高电平和相继的一个低电平的信号配置设置为时钟的一个周期tosc(由于可计算时钟信号的多少周期与第一门信号Vg1(或第二门信号Vg2)的具有一个高电平和相继的一个低电平的一个周期tsw对应)，所以可计算时钟信号的多少个周期与第一门信号Vg1(或第二门信号Vg2)的一个周期对应，并且可计算时钟信号的多少个周期与第一门信号Vg1以及第二门信号Vg2(tph)的导通占空(或断开占空)对应，根据下面的式1，可计算第一门信号Vg1与第二门信号Vg2之间的导通相位θ。
[0086] (式1)
[0087] θ＝(n/N)*360
[0088] 这里，n是时钟信号Vosc的与第一门信号Vg1或第二门信号Vg2的导通占空或断开占空对应的周期，N是时钟信号Vosc的与第一门信号Vg1或第二门信号Vg2的一个周期对应的周期。
[0089] 在上面所述的相位调制方案中，控制器固定开关频率和电力转换器的开关通断占空比。例如，开关通断占空比被固定为50％。
[0090] 参照图7B，如果相位θ(如上面所述进行计算)在参考范围内(θlower<θ<θupper)，则控制器保持来自电源的输入电力的电力电平，而如果相位θ在参考范围外(θ<θlower或θ>θupper)，则控制器适应性地调整来自电源的输入电力的电力电平。
[0091] 例如，如果相位θ比参考范围的较低相位低(θ<θlower)，则控制器提供使电源的至少一个开关的开关占空比增大的输入电力控制信号。
[0092] 此外，例如，如果相位θ比参考范围的较高相位高(θ>θupper)，则控制器可提供使电源的至少一个开关的开关占空比减小的输入电力控制信号。
[0093] 类似地，在应该增大或减小非接触式电力传输设备的电压增益的情况下，诸如，例如负载改变或者传输电力的电压电平增大或减小，由于电力转换器可通过改变来自电源的输入电力的电压电平来改变在包括基本优化操作点的参考范围内的电压增益，所以存在在负载条件的全部范围内提高效率的优势。
[0094] 然而，可能难以将上面所述的相位调制方案应用到图4中所示的根据第四实施例的非接触式电力传输设备400的电力转换器420的半桥逆变器S1和S2。
[0095] 图8是根据第五实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0096] 参照图8，根据第五实施例的非接触式电力传输设备500的控制器540将控制电力转换器520的电力转换操作的电力转换控制信号Vg1或Vg2提供给电源510作为输入电力控制信号。
[0097] 例如，控制器540将第一门信号Vg1(或第二门信号Vg2)作为输入电力控制信号提供给电源510。在通过电力发送器530向外发送的传输电力的电力电平应该增大的情况下，控制器540将使电力转换器520的全桥逆变器S1、S2、S3和S4的占空比增大的电力转换控制信号Vg1和Vg2提供给电力转换器520。如果控制器540将第一门信号Vg1或第二门信号Vg2作为输入电力控制信号提供给电源510，则增大电源510的至少一个开关Q的开关占空比以增大输入电力的电力电平。相应地，增大了从电力转换器520发送到电力发送器530的传输电力的电力电平。
[0098] 此外，类似地，在减小传输电力的电力电平的情况下，控制器540将使电力转换器520的全桥逆变器S1、S2、S3和S4的占空比减小的电力转换控制信号Vg1和Vg2提供给电力转换器520。如果控制器540将第一门信号Vg1或第二门信号Vg2作为输入电力控制信号提供给电源510，则减小电源510的至少一个开关Q的开关占空比，以减小输入电力的电力电平。相应地，减小了从电力转换器520发送到电力发送器530的传输电力的电力电平。
[0099] 上面所述的用于改变输入电力的电力电平的方法的示例包括上面所述的占空比调制方案和频率调制方案。
[0100] 在频率调制方案中，例如，如果按照连续电流模式(CCM)操作电源510，则通过下面的式2来表示在电力转换器520的开关占空比D与根据输入到电源的电压VIN的输出电压Vo(输入电力的电压电平)之间的关系。
[0101] (式2)
[0102]
[0103] 也就是说，在按照CCM操作电源510的情况下，输出电压仅通过占空比D来确定，而不管操作频率如何。同时，如果按照非连续模式(DCM)来操作电源510，则通过下面的式3来表示开关占空比D与根据输入到电源的电压VIN的输出电压Vo(输入电力的电压电平)之间的关系。
[0104] (式3)
[0105]
[0106] 这里，Io表示电源510的输出电流，L表示电感，f表示开关频率。
[0107] 也就是说，在按照DCM操作电源510的情况下，输出电压受开关频率f与占空比D的影响。在占空比约为50％的条件下，如果减小开关频率，则输出电压上升，如果增大开关频率，则输出电压下降。
[0108] 当利用上面所提到的特性时，在应该增大电力转换器520的电压增益的情况下，诸如，例如，负载增大或输出电压增大，控制器540执行减小电力转换器520的开关频率的操作。由于该开关频率使从电源510供应的输入电力的电压电平增大，所以增大了电压增益而没有显著地减小电力转换器520的开关频率。
[0109] 相反地，在应该减小电力转换器520的电压增益的情况下，诸如，例如，负载减小、位置或角度改变或输出电压减小，控制器540执行增大电力转换器520的开关频率的操作。由于该开关频率使从电源510供应的输入电力的电压电平减小，所以减小了电压增益而没有显著地增大开关频率。
[0110] 也就是说，由于改变电压增益而没有显著地脱离执行基本优化操作的开关频率范围条件，所以存在在负载条件的全部范围内提高效率的优势。
[0111] 图9是根据第六实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0112] 参照图9，根据第六实施例的非接触式电力传输设备600的电力转换器620包括半桥逆变器S1和S2，控制器640将对半桥逆变器S1和S2的电力转换操作进行控制的第一门信号Vg1和/或第二门信号Vg2提供给电力转换器620和电源610。
[0113] 通过第一门信号Vg1和第二门信号Vg2来控制的输入电力通过电力转换器620转换为传输电力，电力发送器630以非接触方式向外发送来自电力转换器620的传输电力。
[0114] 上面所述的用于改变输入电力的电力电平的方法的示例包括上面所述的占空比调制方案和频率调制方案，由于其描述与图8的描述类似，所以为了清楚和简洁起见，将省略其描述。
[0115] 图10是根据第七实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0116] 参照图10，根据第七实施例的非接触式电力传输设备700被供应有来自外部可变适配器A的输入电力，控制器740基于对电力转换器720的全桥逆变器S1、S2、S3和S4的电力转换操作进行控制的电力转换控制信号Vg1和Vg2而将对可变适配器A的输入电力供应操作进行控制的输入电力控制信号D+和D-提供给可变适配器A。相应地，控制器740执行控制，使得电力转换器720的全桥逆变器S1、S2、S3和S4的电力转换操作的状态保持在参考范围内。电力发送器730以非接触式的方式将来自电力转换器720的传输电力发送到外部电力接收器。
[0117] 图11是根据第八实施例的非接触式电力传输设备的示意性电路图。
[0118] 参照图11，根据第八实施例的非接触式电力传输设备800的电力转换器820包括半桥逆变器S1和S2，控制器840基于对半桥逆变器S1和S2的电力转换操作进行控制的电力转换控制信号Vg1和Vg2而将对可变适配器A的输入电力供应操作进行控制的输入电力控制信号D+和D-提供给可变适配器A。相应地，控制器840执行控制，使得电力转换器820的半桥逆变器S1和S2的电力转换操作的状态保持在参考范围内。电力发送器830以非接触传输的方式(诸如，例如，共振模式或感应模式)将来自电力转换器820的电力电磁或磁发送到外部电力接收器。
[0119] 图12是示出根据一个或更多个实施例的根据非接触式电力传输设备的电力转换频率的控制操作的流程图。
[0120] 参照图12，控制器(例如，如图10和/或图11中所示)通过频率调制方案来控制电力转换器的电力转换操作，电力转换器的开关频率如图5A中所述来计算。
[0121] 如果开关频率fsw(如上面所述进行计算)在参考范围内(flowerfupper)，则控制器做出对从可变适配器传输的输入电力的电力电平的改变的请求。
[0122] 例如，如果开关频率fsw比参考范围的较高频率高(fsw>fupper)，则控制器将请求使从可变适配器传输的输入电力的电压电平减小的输入电力控制信号D+和D-提供给可变适配器。
[0123] 此外，例如，如果开关频率fsw比参考范围的较低频率低(fsw
[0124] 例如，控制器通过改变输入电力控制信号D+和D-的电压电平来请求可变适配器改变输入电力的电压电平。
[0125] 相应地，在由于条件的改变(诸如，例如，接触式电力接收器的位置、请求以及其组合)，使得应该增大非接触式电力传输设备的电压增益的情况下(诸如，负载增大或传输电力的电压电平增大或其组合)，根据一个或更多个实施例的控制器执行减小电力转换器的开关频率的操作。这里，通过增大从可变适配器传输的输入电力的电压电平来增大电压增益而没有显著地减小开关频率。
[0126] 相反地，在应该减小非接触式电力传输设备的电压增益的情况下(诸如，例如，负载减小、传输电力的电压电平减小，或其组合)，根据一个或更多个实施例的控制器执行增大电力转换器的开关频率的操作。通过减小从可变适配器传输的输入电力的电压电平来减小电压增益而没有显著地增大开关频率。也就是说，由于改变电压增益而没有显著地脱离执行基本优化操作的开关频率条件范围，所以存在在整个负载条件的范围提高效率的优势。
[0127] 图13是示出根据一个或更多个实施例的根据非接触式电力传输设备的电力转换占空比的控制操作的流程图。
[0128] 参照图13，控制器(例如，如图10和图11中所示)通过占空比调制方案来控制电力转换器的电力转换操作，电力转换器的电力转换开关占空比如图6A中所述来计算。
[0129] 如果所计算的占空比D在参考范围内(DlowerDupper)，则控制器做出对从可变适配器传输的输入电力的电力电平的改变的请求。
[0130] 例如，如果占空比D比参考范围的较高占空比高(D>Dupper)，则控制器将请求使从可变适配器传输的输入电力的电压电平增大的输入电力控制信号提供给可变适配器。此外，例如，如果占空比D比参考范围的较低占空比低(D
[0131] 相应地，在应该增大非接触式电力传输设备的电压增益的情况下(诸如，例如，负载增大或传输电力的电压电平增大，或其组合)，控制器执行增大电力转换器的开关占空比的操作。此外，控制器通过以下步骤来增大电压增益而没有显著地减小开关占空比：改变输入电力控制信号的电压电平以增大从可变适配器传输的输入电力的电压电平；增大输入电力的电压电平。
[0132] 相反地，在应该减小非接触式电力传输设备的电压增益的情况下(诸如，例如，负载减小或传输电力的电压电平减小，或其组合)，控制器通过以下步骤来减小电压增益而没有显著地增大开关占空比：改变输入电力控制信号的电压电平以减小从电力转换器的可变适配器传输的输入电力的电压电平；减小输入电力的电压电平。
[0133] 也就是说，由于改变电压增益而没有显著地脱离执行基本优化操作的开关占空比条件，所以存在在负载条件的宽范围提高效率的优势。
[0134] 图14是示出根据一个或更多个实施例的根据非接触式电力传输设备的相位的控制操作的流程图。
[0135] 控制器通过相位调制方案来控制电力转换器的电力转换操作，电力转换器的电力转换相位如图7A中所述来计算。
[0136] 参照图14，如果相位θ(如上所述进行计算)在参考范围内(θlower<θ<θupper)，则控制器保持输入电力的电力电平，如果相位θ(在参考范围外(θ<θlower或θ>θupper)，则控制器做出对从可变适配器传输的输入电力的电力电平的改变的请求。
[0137] 例如，如果相位θ比参考范围的较高相位高(θ>θupper)，则控制器将请求使从可变适配器传输的输入电力的电压电平减小的输入电力控制信号提供给可变适配器。
[0138] 此外，例如，如果相位θ比参考范围的较低相位低(θ<θlower)，则控制器将请求使从可变适配器传输的输入电力的电压电平增大的输入电力控制信号提供给可变适配器。
[0139] 例如，控制器通过改变输入电力控制信号的电压电平来请求可变适配器改变输入电力的电压电平。
[0140] 类似地，在应该增大或减小非接触式电力传输设备的电压增益的情况下(诸如，负载改变、传输电力的电压电平增大或减小或其组合)，由于电力转换器通过改变来自电源的输入电力的电压电平来改变在包括基本优化操作点的参考范围内的电压增益，所以存在在负载条件的宽范围提高效率的优势。
[0141] 然而，可能难以将上面所述的相位调制方案应用到图11中所示的根据第八实施例的非接触式电力传输设备800的电力转换器820的半桥逆变器S1和S2。
[0142] 如上所述，根据一个或更多个实施例，无线电力传输操作通过基于对电力转换器进行控制的控制信号改变输入电力的电平而在基本优化操作范围内执行，从而大大提高了电力转换效率，并且能够输出大于现有技术的负载。
[0143] 图1-4和图8-11中示出的执行参照图5B、6B、7B以及12-14在此描述的操作的设备、单元、模块、装置、控制器和其它组件通过硬件组件实现。硬件组件的示例包括本领域的普通技术人员所公知的控制器、传感器、生成器、驱动器以及任何其它电子装置。在一个示例中，硬件组件由一个或更多个处理器或计算机实现。处理器或计算机由一个或更多个处理元件(诸如本领域的普通技术人员所公知的能够以定义的方式响应并执行指令以实现期望的结果的逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或任意其它装置或者它们的组合)实现。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或更多个存储器。由处理器或计算机实现的硬件组件执行指令或软件(诸如操作系统(OS)和在OS上运行的一个或更多个软件应用)，以执行参照图5B、6B、7B以及12-14在此描述的操作。硬件组件还响应于所述指令或软件的执行而访问、操控、处理、创建和存储数据。为了简洁，单数术语“处理器”或“计算机”可用在对在此描述的示例的描述中，但在其它示例中，使用多个处理器或计算机，或者处理器或计算机包括多个处理元件或多个类型的处理元件或包括两者。在一个示例中，硬件组件包括多个处理器，在另一示例中，硬件组件包括处理器和控制器。硬件组件具有任意一个或更多个不同的处理构造，其示例包括单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SSID)多处理装置、单指令多数据(SIMD)多处理装置、多指令单数据(MISD)多处理装置、多指令多数据(MIMD)多处理装置。
[0144] 图5B、6B、7B以及12-14所示的执行这里所描述的操作的方法可通过如上所描述的执行指令或软件以执行这里所描述的操作的处理器或计算机来执行。
[0145] 用于控制处理器或计算机以实现硬件组件并执行以上描述的方法的指令或软件被编写为计算机程序、代码段、指令或它们的任意组合，以单独或共同地指示或构造处理器或计算机作为机器或专用计算机进行操作，以执行由如上所述的硬件组件和方法执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括由处理器或计算机直接执行的机器代码(诸如由编译器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括由处理器或计算机使用解释器执行的高级代码。本领域的普通程序员在获得本公开的彻底的理解之后，可容易地基于说明书的附图和相应描述中示出的框图和流程图编写指令或软件，说明书公开了用于由如上所述的硬件组件和方法执行的操作的算法。
[0146] 用于控制处理器或计算机以实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件以及任意相关数据、数据文件和数据结构被记录、存储或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光数据存储装置、硬盘、固态盘以及本领域的普通技术人员所公知的能够进行以下处理的任意装置：以非暂时性的方式存储指令或软件以及任意相关联的数据、数据文件和数据结构并将指令或软件以及任意相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机可执行所述指令。在一个示例中，指令或软件和任意相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得处理器或计算机以分散的方式存储、访问并执行指令或软件和任意相关联的数据、数据文件和数据结构。
[0147] 如上面所阐述的，根据实施例，提高了电力转换效率和/或能够输出比现有技术大的电力电平。
[0148] 虽然本公开包括特定的示例，但对于本领域的普通技术人员而言明显的是，可在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下在这些示例中做出形式和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被视为描述性意义，而不是为了限制的目的。对各个示例中的特征或方面的描述将被视为可适用于其它示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、结构、装置或电路中的组件，和/或用其它组件或它们的等同物替换或补充描述的系统、结构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的全部改变将被解释为包括在本公开中。
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