专利名称：感应功率传送控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及感应功率传送领域。更具体而言，本发明涉及一种用于控制向去耦合拾取器的功率感应传送的方法和电路，该方法和电路使对轨道电流的瞬时扰动最小化。
背景技术：
在感应功率传送(IPT)系统中，在交变电流功率电源供应的初级导通路径或轨道(功率电源和轨道一起形成IPT系统的初级侧)和与轨道感应地耦合的一个或多个拾取器(形成系统的次级侧)之间感应地传送功率。拾取器包括由至少拾取器线圈和调谐电容器构成的调谐或谐振电路。两个常见拾取器拓扑是其中与拾取器线圈串联地提供调谐电容器的串联调谐拾取器和其中与拾取器线圈并联地提供调谐电容器的并联调谐拾取器。调谐电路通常电耦合到控制电路(通常包括整流器和转换器或调节器)以获得用于向负载供应的所需输出。备选拾取器拓扑称为如例如图1中所示串联-并联调谐LCI(感应器-电容器-感应器)拾取器。用与慢速切换并联调谐拾取器相似的慢速切换(即比IPT轨道的频率少得多的切换频率)去耦合控制方法控制串联-并联调谐LCL拾取器拓扑(下文称为LCL拾取器)。慢速切换拓扑的问题是拾取器在正常功率调节期间汲取的瞬时涌入功率。在多个拾取器系统中，每当接通拾取器时，瞬时功率涌入瞬时地减少轨道电流。这一扰动如果大的话将限制向耦合到轨道的所有其它拾取器的功率流量。以下引用文献描述一种用于使用并联LC调谐拾取器控制器来使这一轨道电流瞬时扰动最小化的控制电路拓扑:Boys，J.T.;Chen,C.1.;Covicj G.A.;"Controlling inrush currents in inductively coupledpower systems，〃The7th International Power Engineering Conference，2005，Vol.2，pp.1046-1051，Nov.292005-Dec.22005。然而，不能在使用现有设计方式的LCL拓扑中使用这一简单方式，因为它在开关模式电路中需要用于连续电流导通的大型DC感应器。发明目的因此本发明的一个目的是提供一种克服或缓解现有技术的一个或多个缺点或备选地至少向公众提供有用选择的电路和/或方法。本发明的更多目的将从下文描述中变得清楚。
发明内容
因而在一个方面，本发明可以广义地视为在于一种用于感应功率传送(IPT)拾取器的控制方法，IPT拾取器包括来自谐振电路的AC输入，AC输入电耦合到二极管桥接器，二极管桥接器适于整流来自AC输入的AC电流并且向DC输入供应DC电流，该方法包括:有选择地分流二极管桥接器的第一二极管以使AC电流在AC电流的正时段期间向谐振电路再循环；并且有选择地分流二极管桥接器的第二二极管以使AC电流在AC电流的负时段期间向谐振电路再循环；其中所述第一二极管和第二二极管的分流与AC电流同步，由此调整AC电流的所述正时段和负时段的预定比例以向DC输出供应DC电流，并且向谐振电路再循环AC电流的所述正时段和负时段的剩余比例。优选地，所述预定比例出现于AC电流的正时段和负时段中的每个时段的开始，其中所述第一二极管或第二二极管分别在AC电流的相应过零之后导通AC电流，并且通过在适当时间分流所述相应第一二极管或第二二极管来再循环正时段或负时段的剩余比例。其中二极管首先导通的这一操作模式在本文中称为模式I。备选地，所述预定比例朝着AC电流的正时段和负时段中的每个时段的结束出现，其中所述第一二极管或第二二极管分别在AC电流的相应过零时被分流以初始地再循环AC电流，然后取消分流相应第一二极管或第二二极管以导通AC电流持续正时段或负时段的预定比例。其中二极管首先被分流的这一操作模式在本文中称为模式II。优选地，所述正时段和负时段的预定比例与所需DC输出成比例，其中该方法还包括以下步骤:感测DC输出并且相应地调整所述预定比例以获得所述所需DC输出。优选地，该方法还包括以下步骤:在接通拾取器时将所述预定比例缓慢地增加至所需比例。优选地，该方法还包括以下步骤:在关断拾取器时将所述预定比例缓慢地减少至零。优选地，通过有选择地闭合与相应所述第一二极管和第二二极管并联地提供的第一开关和第二开关来有选择地控制所述分流。优选地，所述第一开关和第二开关在所述第一二极管或第二二极管分别导通时关断。优选地，谐振电路包括串联-并联调谐LCL (感应器-电容器-感应器)拾取器电路。根据第二方面，本发明可以广义地视为在于一种适于执行根据本发明的第一方面的方法的IPT拾取器控制器。根据第三方面，本发明可以广义地视为在于一种感应功率传送(IPT)拾取器控制器，该IPT拾取器控制器包括:用于从谐振电路接收AC电流的输入；用于向负载供应DC电流的输出；以及控制电路，电耦合输入和输出，控制电路包括二极管桥接器、分流开关和用于有选择地操作所述开关以与AC电流同步地分流所述二极管桥接器的第一二极管和第二二极管的控制装置。优选地，所述控制装置适于使用所述分流开关来有选择地分流所述第一二极管和第二二极管，由此二极管桥接器调整并且向输出供应AC电流的正时段和负时段的相应预定比例，并且向谐振电路再循环AC电流的正时段和负时段的相应剩余比例。优选地，所述分流开关包括两个开关，与相应所述第一二极管和第二二极管并联地提供所述两个开关中的每个开关，其中所述第一二极管和第二二极管具有共同正极。备选地，所述分流开关可以包括具有共同负极的两个开关，与相应第一二极管和第二二极管并联地提供每个开关。优选地，开关包括MOSFET晶体管，其中所述第一二极管和第二二极管包括所述MOSFET晶体管的体二极管。优选地，所述控制装置还包括感测装置，感测装置形成用于感测输出的反馈回路并且调整所述预定比例以获得所需输出。优选地，所述控制装置还包括用于相对于AC电流的过零同步第一二极管和第二二极管的分流的过零检测器。根据第四方面，本发明可以广义地视为在于一种IPT拾取器，该IPT拾取器适于执行根据本发明的第一方面的方法和/或包括根据本发明的第二方面或第三方面的IPT拾取器控制器。优选地，所述谐振电路包括串联-并联调谐LCL (感应器-电容器-感应器)谐振电路。根据第五方面，本发明可以广义地视为在于一种IPT系统，该IPT系统包括至少一个根据本发明的第二方面或第三方面的拾取器控制器和/或至少一个根据本发明的第四方面的IPT拾取器。本发明的应当在所有它的新颖方面中考虑的更多方面将从下文描述中变得清楚。
现在将参照附图通过例子描述本发明的多个实施例，其中:图1是根据现有技术的串联-并联调谐LCL拾取器的电路图；图2是根据本发明的串联-并联调谐LCL拾取器的电路图；图3示出如图2中大体上示出的电路的例子当在第一模式(为模式I)中操作时的仿真波形；图4示出相同例子电路当在第二模式(模式II)中操作时的仿真波形；图5的图形示出相同例子电路当在模式I中操作时针对各种Vrc/V。。比值的归一化输出电流相对于开关导通区间；图6的图形示出相同例子电路当在模式II中操作时针对各种Vrc/V。。比值的归一化输出电流相对于开关导通区间；图7的图形示出相同例子电路当在模式I中操作时针对各种Vrc/V。。比值的归一化反射电抗阻抗相对于开关导通区间；图8的图形示出相同例子电路当在模式II中操作时针对各种VDe/V。。比值的归一化反射电抗阻抗相对于开关导通区间；并且图9示出使用图2的电路并且在半额定负载时在模式I之下操作的根据本发明的例子拾取器电路的实际波形。图10示出使用图2的电路并且在各种负载条件(1/3、2/3和额定负载)之下在模式I中操作的根据本发明的例子拾取器电路的实际波形。图11示出使用图2的电路越过负载范围在模式I中操作的根据本发明的拾取器电路的效率测量。
具体实施例方式贯穿说明书，相似标号将用来指代不同实施例中的相似特征。本发明提供一种用于串联-并联调谐LCL拾取器的控制方法和/或电路，该方法和/或电路实现整流和功率调节二者。本发明在本文中一般称为“循环电流控制”。它以与其中控制开关以与IPT轨道频率同步地切换的传统SCR控制整流器相似的方式操作。控制占空比以保证实现平滑平均输出功率，从而能够提供在全通与全断状态之间的平滑功率转变或表现为快速切换(即切换频率与IPT轨道频率相似或同步)控制拓扑。首先参照图1中所示现有技术的拾取器，特征阻抗X由下式给出:
权利要求
1.一种用于感应功率传送(IPT)拾取器的控制方法，所述IPT拾取器包括来自谐振电路的AC输入，所述AC输入电耦合到二极管桥接器，所述二极管桥接器适于整流来自所述AC输入的AC电流并且向DC输出供应DC电流，所述方法包括: 有选择地分流所述二极管桥接器的第一二极管以使所述AC电流在所述AC电流的正时段期间向所述谐振电路再循环；并且 有选择地分流所述二极管桥接器的第二二极管以使所述AC电流在所述AC电流的负时段期间向所述谐振电路再循环； 其中所述第一二极管和第二二极管的分流与所述AC电流同步，由此调整所述AC电流的所述正时段和负时段的预定比例以向所述DC输出供应所述DC电流，并且向所述谐振电路再循环所述AC电流的所述正时段和负时段的剩余比例。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述预定比例出现于所述AC电流的所述正时段和负时段中的每个时段的开始，其中所述第一二极管或第二二极管分别在所述AC电流的相应过零之后导通所述AC电流，并且通过在适当时间分流所述相应第一二极管或第二二极管来再循环所述正时段或负时段的剩余比例。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述预定比例朝着所述AC电流的所述正时段和负时段中的每个时段的结束出现，其中所述第一二极管或第二二极管分别在所述AC电流的相应过零时被分流以初始地再循环所述AC电流，然后取消分流所述相应第一二极管或第二二极管以导通所述AC电流持续所述正时段或负时段的所述预定比例。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制方法，其中所述正时段和负时段的所述预定比例与所需DC输出成比例，其中所述方法还包括以下步骤:感测所述DC输出并且相应地调整所述预定比例以获得所述所需DC输出。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制方法，其中所述方法还包括以下步骤:在接通所述拾取器时将所述预定比例缓慢地增加至所需比例。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的控制方法，其中所述方法还包括以下步骤:在关断所述拾取器时将所述预定比例缓慢地减少至零。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制方法，其中通过有选择地闭合与相应所述第一二极管和第二二极管并联地提供的第一开关和第二开关来有选择地控制所述分流。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中所述第一开关和第二开关在所述第一二极管或第二二极管分别导通时关断。
9.一种IPT拾取器控制器，适于执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法。
10.一种感应功率传送(IPT)拾取器控制器，包括: 用于从谐振电路接收AC电流的输入； 用于向负载供应DC电流的输出；以及 控制电路，所述控制电路电耦合所述输入和所述输出，所述控制电路包括二极管桥接器、分流开关和用于有选择地操作所述开关以与所述AC电流同步地分流所述二极管桥接器的第一二极管和第二二极管的控制装置。
11.根据权利要求10所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制装置适于使用所述分流开关来有选择地分流所述第一二极管和第二二极管，由此所述二极管桥接器调整并且向所述输出供应所述AC电流的正时段和负时段的相应预定比例，并且向所述谐振电路再循环所述AC电流的所述正时段和负时段的相应剩余比例。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的IPT拾取器控制器，其中所述分流开关包括两个开关，与相应所述第一二极管和第二二极管并联地提供所述开关，其中所述第一二极管和第二二极管具有共同正极。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的IPT拾取器控制器，其中所述开关包括MOSFET晶体管，并且所述第一二极管和第二二极管包括所述MOSFET晶体管的体二极管。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制装置还包括感测装置，所述感测装置形成用于感测所述输出的反馈回路并且实现调整所述预定比例以获得所需输出。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的IPT拾取器控制器，其中所述控制装置还包括用于相对于所述AC电流的过零同步所述第一二极管和第二二极管的分流的过零检测 器。
16.一种IPT拾取器，适于执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法和/或包括根据权利要求9至15中的任一项所述的IPT拾取器控制器。
17.根据权利要求16所述的IPT拾取器，其中所述谐振电路包括串联-并联调谐LCL(感应器-电容器-感应器)谐振电路。
18.一种IPT系统，包括至少一个根据权利要求9至15中的任一项所述的拾取器控制器和/或至少一个根据权利要求16或17所述的IPT拾取器。
全文摘要
本发明公开了一种感应功率传送(IPT)控制方法用于控制IPT拾取器的输出。本发明涉及有选择地分流二极管桥接器的第一二极管和第二二极管以有选择地整流用于向负载供应的AC电流输入或向耦合到控制器输入的谐振电路再循环AC电流。通过控制整流/再循环的AC输入的每个正-负周期的比例来调节输出。也公开一种适于执行该方法的IPT控制器、并入该IPT控制器的IPT拾取器和并入至少一个这样的IPT拾取器的IPT系统。
文档编号H02M7/523GK103155395SQ201180049292
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月12日 优先权日2010年8月13日
发明者J·T·博伊斯, G·A·考维克, C-y·黄 申请人:奥克兰联合服务有限公司