[发明专利]感应式电力传输装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及可以以宽范围的电压进行工作并且能量损耗减少的感应能量传递所用的电力传输装置。

背景技术

感应能量传递的原理作为大量应用的技术开发的物理基础而用在多个应用中。图1示出感应能量传递所用的系统的示意例示。在感应能量传递的情况下的必要元件是松散耦合导体，其中该松散耦合导体表示基座部或者充电器或者电力传输装置102中的电感器或磁绕组与移动部104(对象装置)中的电感器或磁绕组的磁耦合。图1(a)示出在基座部102和移动部104之间传递能量的情况下工作期间的电力传输装置。可以利用该能量来使得能够实现移动部104的功能。可选地，可以将感应传递的能量缓冲在蓄电池中(对于现代应用而言大多是Li(锂)离子蓄电池，尽管还可以使用如铅型、NiCd型、NiMh型那样的其它类型的蓄电池)。如果如图1(b)所示将移动部104从基座部102移除，则能量传递中断。然后，利用先前充电得到的内部储能来供给移动部104，或者移动部104保持处于非工作状态，直到下次与基座部102相接触为止。

在将移动部104配置在基座部102的附近的情况下，可以获得基座部和移动部之间的磁耦合，从而使得能够进行从基座部向着移动部的能量传递。这种感应式充电系统的最常见示例是使得能够对作为移动部104的牙刷进行非接触充电的电动牙刷。在本上下文中，使用术语非接触来表示可以在移动部和基座部上的相应电触点各自之间未电连接的情况下实现能量传递。

省略电触点对于不同应用领域内的许多应用而言十分重要。这尤其适用于对电源和接收器(sink)之间的电连接的机械安装方面的要求高的应用，其中可以通过应用感应能量传递(IE)来避免技术上复杂的插头和线缆。此外，可以在不会使机械安装因应用外源性连接器而不必要地变复杂的情况下保护基于IE的技术能量供给系统组件免于环境影响。此外，在IE的一些应用领域中，鉴于技术可行性而必须避免电连接的使用。例如，在容易发生爆炸的环境中或者在系统组件在导电性和/或腐蚀性介质中工作期间，依赖于允许进行非接触能量传递的系统从技术上可能是有利的。此外，IE的使用可以提高装置以及最终这些装置的电触点暴露至高应力的系统的可靠性。一方面，针对具有转动或可动部的系统是这样，这是由于基于IE的组件能够避免容易因摩擦而磨损的电刷触点(wiper contact)的使用。另外，IE技术可以有利地用在具有连接器的装置中，否则将不得不针对多个插头来确定尺寸。

图2示出根据相关技术的能够进行感应能量传递的包括充电器和对象装置的系统的基于谐振式DC-DC转换器的电源部的结构。除此之外，还已知基于变压器的其它转换器类型(反激式、正激式、CUK、不对称半桥等)。利用开关桥106将输入电压V_i切成高频AC(交流)电压。该开关桥106包括半桥或全桥，其中使用半导体开关作为有源组件。将该开关桥所生成的AC电压应用于松散耦合的变压器110的初级侧。在该变压器的初级侧和次级侧上设置有示意性示出为谐振电路108和112的无功组件。作为一般规则，在初级侧集成串联电容，尽管可以设置用于控制初级电路的频率属性的更多无功组件。

在次级侧，可以省略附加无功组件的使用，尽管可以采用并联以及串联电路的方式使用用于对导体的主要电感进行补偿的更多电容。此外，还可以使用附加无功组件来控制次级线圈的频率特性。

在整流电路114的输出侧，次级电流已进行整流。整流电路114可被配置为进行半波整流或全波整流。整流电路114的组件可以是传统的二极管以及半导体开关(同步整流)。在可选地可以包括电感的滤波器116的帮助下对整流后的输出电流进行平滑。

有鉴于针对消费产品、特别是电子产品的环境可持续解决方案的关注不断增加，电池充电器的效率在电子消费品的设计中也具有根本的重要性。另外，立法推动了电子装置的制造商开发表现出降低的电力消耗的电子装置。特别地，降低由于在便携式装置未连接至电池充电器的情况下或者在因电池已满(无负载状态)因而未对便携式装置进行充电的情况下发生的损耗所引起的电池充电器的电力消耗，可以大大提高电子产品的效率。

另外，随着包括使用IE原理的装置的电子消费品向着世界范围内的不同市场的不断渗入，对于开发可以无风险地连接至不同的电源线的装置的关注最高。因此，需要开发可以连接至宽范围的输入电压的电池充电器。

发明内容

因此，本发明的目的是开发可以以宽范围的输入电压进行工作并且在无负载状态下表现出降低的电力消耗的感应式电力传输装置。