[发明专利]用于以无线方式将电力供应到负载的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及例如用于给便携式装置或远程供电装置中的电池再充电的电力到装置的无线发射，且特定来说涉及使用自动谐振电力发射器的此系统。

背景技术

最近，对开发用以给从消费型电子器件(例如手机)到重型工业设备(例如在起重机的端处的电动机)的各种装置供电的无线电力传送系统越来越感兴趣。此兴趣背后的主要驱动力是此些无线电力传送系统能够移除在传统线连接的系统中将电力从源递送到负载所必需的直接电接触。此电接触的移除许诺许多优点，包含便利性、经减少维护成本及可靠性。

在图1中所展示的典型无线电力传送系统中，由电压源13供电的发射器电路12使发射电感器L1通电以发射随时间变化的磁场。接着将接收电感器L2放置于所产生的磁场中，从而诱发在接收电感器L2中流动的类似地随时间变化的电流。此所诱发电流可用于在接收器电路14中产生AC电压，所述AC电压又可接着在接收器输出处经整流以产生能够递送DC电流以给接收器侧上的负载R_L供电的DC电压。所述负载可为待再充电的电池或电路。接收器电路14可位于也容纳负载的外壳(例如手机或其它手持式装置)内侧。发射器电路12可位于支撑平台中，手机(例如)通宵放置于所述支撑平台上以用于给其电池再充电。

在最实际无线电力传送系统中，到达接收器电感器L2的磁场量与传统基于变压器的孤立系统相比是相对小的。对由发射器电感器L1产生的磁场有多少到达接收器电感器L2的常用测量叫做由在0与1之间的耦合系数k表示的耦合。具有小于0.8的耦合系数的系统通常在发射器电路中采用谐振电路以在发射电感器L1中产生足够电流。需要此相对大的发射电感器L1电流产生在接收电感器中诱发充足电流以给负载供电所需的强磁场。

注意，通常还在接收侧上采用谐振电路。通过将接收侧上的谐振电路调谐到与磁场发生改变的频率相同的频率，谐振电路为磁场提供闭合其回路的优选路径(注意，磁场线总是必须自身闭合回路，因为不存在磁单极子)。因此，接收器处的谐振电路帮助重塑围绕接收电感器L2的局部磁场且增加场强度，使得可在电感器中诱发相对较大电流量。

在谐振接收器中，此AC电流在接收电感器L2与接收器电路14中的电容器之间来回流动，从而产生电压。较大所诱发电流产生较大峰值电压，所述较大峰值电压可接着更容易地经整流且可能经调节，从而产生所要电压以用于接收器负载。

在发射侧上，图2中展示用于在发射电感器中产生AC电流的常见谐振电路。图2图解说明驱动LC槽电路的半桥驱动器。以特定频率且以特定工作循环驱动开关SW-A及SW-B。通常通过扫掠特定频率范围且监视跨越发射电感器L(图1中的发射电感器L1)产生的电压V_L来确定此频率。当电压V_L的振幅处于最大值时，接着将驱动频率确定为等于LC槽的自然频率。接着还可控制开关SW-A相对于开关SW-B的工作循环以调节在此LC槽自然频率下对应于的电流I_L的峰值振幅的V_L的峰值振幅。注意，在正常操作中，开关SW-A及SW-B决不同时接通。然而，二极管D1及D2的存在允许所述两个开关同时关断，与此同时将SW节点电压维持在供应电压V_S或接地的二极体压降内。

注意，LC槽电路的自然频率在电路操作的过程期间通常不保持固定在一个值。举例来说，通常使用的电容器及发射电感器具有温度系数，此意味槽的自然频率将随温度变化而变动。且由于正在此电感器及电容器中发展相对大量的AC电流，因此此电容器及电感器中的20到30度的温度增加是相对常见的。另一常见效应是当以不同或改变的耦合系数耦合接收器电感器时发生的自然频率的变动。

所有这些变化的效应需要必须以定期间隔重复用以找到自然频率的频率扫掠以确保以LC槽的自然频率驱动开关SW-A及SW-B。对不断地搜索此自然频率及工作循环调制控制的需要通常意味涉及复杂数字电路。常常，此需要微处理器的使用以实施自定义算法。

需要一种用于以无线方式将电力发射到负载的发射技术，所述发射技术以更具成本效益方式设置槽电路的自然频率。

关于用于以无线方式将电力发射到负载的现有技术发射系统的另一问题是：通常针对更糟糕情形负载情况设置发射电力。因此，如果接收器侧上的负载不需要太多电力，那么发射电力是过多的且浪费的。因此，还需要一种将发射电力量高效地控制到仅实际需要用于负载的量的技术。

发明内容