能够通过调制接收端的有效负载电阻提高效率及功率传送的无线功率接收装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线功率传送系统，并尤其涉及一种通过调制接收端的有效负载 电阻来提高功率传送的无线功率接收装置。
【背景技术】
[0002] 无线功率传送系统通常包括传送装置DC电源、传送装置谐振逆变器、传送谐振 器、接收谐振器、整流电路单元、以及功率变换器。为了在低耦合与小谐振器的限制下提供 高效率，需要相应地优化接收装置的负载电阻。
[0003] 除了效率之外，也需要传送比接收装置所需功率的更高的功率的能力。尤其是，当 传送装置与接收装置之间存在长距离时，难以向接收装置提供足够的功率。除了距离之外， 负载电阻也影响着功率传送。于是，为了以高效率向接收装置传送期望的功率，需要适当地 选择负载电阻。
[0004] 问题在于难以自由地改变负载电阻。负载电阻是由实际消耗功率的装置的功率需 求决定的，并且不是系统的设计变量。当使用阻抗变换电路时，能够变换从接收谐振器观测 的有效负载电阻，并提尚性能。
[0005] 然而，典型的阻抗变换电路已经具有固定的变换比，不能自由地改变阻抗变换比。
[0006] 在这种情况下，存在这样的限制，即，在特定的距离或特定的负载电流的条件下， 能够优化性能，但是当距离改变或负载电流改变时，性能下降，并且系统变得不稳定。
[0007] 典型的接收装置后部的功率变换电路仅具有在接收比所需功率更高的功率时限 制功率的功能。因而，当接收的功率小于所需功率时，实际上难以充分地向负载电阻器提供 期望的功率。
[0008] 在名为"无线功率传送中的自适应阻抗调谐"的美国专利申请US2010/0277003A1 中，通过使用DC-DC逆变器来改变接收装置电阻的目的在于控制功率，而不是增加效率。该 专利申请为了增加或降低输出功率而主张了不同的控制方法以及输出/输入功率感测方 法。然而，其目的在于功率传递控制而不是增加效率。该专利申请描述了当通过使用这些 方法来增加传送的功率时不必增加效率。
[0009] 相反，本专利申请的目标在于在功率转换电路的辅助下提高谐振器的效率，而不 是控制功率。即使所提出的接收装置在相同距离处接收相同的功率，由于接收装置在其反 射电阻已被放大的状态下运行，所以接收装置也具有高效率。与不加入所提出的负载电阻 调制单元相比，所提出的负载电阻调制单元的加入提供了更高的效率。
【发明内容】
[0010] 技术问题
[0011] 本发明的目的在于提供一种通过调制接收端的有效负载电阻来提高功率传递的 无线功率传送系统，该无线功率传送系统可解决如下限制：在特定的距离或特定的负载电 流的情况下，能够优化性能，但当距离改变或负载电流改变时，由于典型的无线功率传送系 统中使用的典型的阻抗变换电路不能自由地改变阻抗变换比，且已具有固定的变换比，所 以性能下降，并且系统变得不稳定。
[0012] 技术方案
[0013] 为了达到上述目的，本发明提供一种无线功率接收装置，该无线功率接收装置包 括：接收单元，其从功率传送装置接收功率；整流电路单元，其对从所述接收单元输出的电 流进行整流，并输出所整流的电流；以及负载电阻调制单元，其接收具有占空比的控制信 号，根据所接收的控制信号调节从所述整流电路单元提供的所述电流以改变有效负载电阻 的大小，并增加反射电阻的大小以提高效率。
[0014] 有益效果
[0015] 根据本发明，存在如下优点：能够通过将有效负载电阻向接收装置的加载Q值增 加的方向改变，并且通过增大反射到传送装置的反射电阻来增加整个系统的效率以及输出 功率。
[0016] 另外，由于能够在无线功率传送装置与无线功率接收装置之间存在长距离，并由 此输出功率降低到小于或等于负载电阻器所需要的功率时增加反射电阻，因此存在能够维 持较长距离情况下的相同的效率和输出功率的优点。
【附图说明】
[0017] 图1 (a)及1 (b)示出串联的接收谐振器与反射电阻器之间的相关性。
[0018] 图2(a)及2(b)示出并联的接收谐振器与反射电阻器之间的相关性。
[0019] 图3是根据本发明的实施例的无线功率传送系统的框图。
[0020] 图4是图3中的整流电路图的示例。
[0021] 图5示出本发明的负载电阻调制单元的第一实施例的第一调制电路（升压 (boost)型调制电路）。
[0022] 图6示出本发明的负载电阻调制单元的第二实施例的第二调制电路（升压型调制 电路）。
[0023] 图7示出本发明的负载电阻调制单元的第三实施例的第三调制电路（SEPIC型调 制电路）。
[0024] 图8示出本发明的负载电阻调制单元的第四实施例的第四调制电路（降压（buck) 型调制电路）。
[0025] 图9示出本发明的负载电阻调制单元的第五实施例的第五调制电路（接收脉动DC 电压输入的回扫调制电路（flybackmodulationcircuit))。
[0026] 图10示出本发明的负载电阻调制单元的第六实施例的第六调制电路（降压-升 压-级联（cascade)型调制电路）。
[0027] 图11 (a)及11 (b)是当本发明的接收单元包括串联谐振结构以及并联谐振结构时 为了增加反射电阻而经由调制负载电阻来等同地对接收单元执行串联或并联的转换的示 例。
[0028] 图12是图3中的无线功率接收装置的操作方法的流程图。
[0029] 图13是图3中的无线功率传送系统的操作方法的流程图。
[0030] 图14(a)是本发明及现有技术中传送功率相对于无线功率传送装置与无线功率 接收装置之间的距离的曲线图，并且图14(b)是根据本发明与现有技术的传送功率相对于 传送装置与接收装置之间的距离的曲线图。（"负载调制"代表本发明并且"仅整流器"代 表现有技术。）
[0031] 图15(a)是根据本发明及现有技术的当输出是21. 6W时的效率相对于距离的曲线 图，并且图15(b)是在本发明与现有技术中当输出是10. 9W时的效率相对于距离的曲线图。 ("调制的负载"代表本发明并且"仅整流器"代表现有技术。）
【具体实施方式】
[0032] 以下，参照附图来详细说明本发明的示例性实施例。在说明本发明时，为了不必要 地模糊本发明的主题，将省略与已知功能或结构相关的详细说明。
[0033] 由于本发明可以做出不同的变形例并具有若干实施例，因此将在图中示出特定的 实施例，并且在本发明或申请中将详细说明特定的实施例。然而，并不旨在将本发明限制在 特定的实施例，并且应理解，本发明覆盖落入本发明的精神和范围之内的所有的变形例、等 同物、和/或替代物。
[0034] 当提到任何元件与另一元件"连接"或"接入"时，应理解，前者与后者可直接连接 或接入，或者在两者之间可存在另一元件。反过来，当任何元件被称为与另一元件'直接连 接'或'直接接入'时，应理解，两者之间可以没有其他元件。诸如"位于……之间"、"直接 位于……之间"或"与……相邻"、及"与……直接相邻"之类的用于说明元件间的关系的其 他表述也应当以相同的方式解释。
[0035] 本发明中使用的术语仅用于说明特定的实施例，并不旨在限制本发明。除非另有 说明，否则，单数形式的术语包括复数形式。应理解，本发