功率传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功率传输系统，其包括用于从载送交变源电流的电缆电感地拾取 功率的传输拾取电路。
【背景技术】
[0002] US8, 093, 758描述了用于电感耦合功率传输（ICPT)的功率传输系统。其描述了 具有被从包括谐振转换器的电源供应交变电流的初级导电路径的电路。其还描述了使用变 压器将次级电路电感耦合到第一电路。该次级电路包括绕组和电容器，由此电容器被并联 连接到绕组。绕组形成电感元件。负载与电感元件和电容器并联。受控短接开关被用来将 拾取器电路解耦并从而调节到初级导电路径的阻抗。在没有短路的情况下，次级电路将谐 振。受控短接开关与电感电容器和电感元件并联。由于受控短接开关引起大的传导损耗并 允许有初级路径中的电流的频率变化，所以US8, 093, 758描述了与电感元件和电容器并 联的可变电感器或可变电容器的使用。所述功率传输系统包括传感装置，其用以感测负载 的条件；以及控制装置，其用以通过改变次级电路的有效电容或电感而响应于由传感装置 感测到的负载条件选择性地对次级电路进行调谐和解调以根据所感测的负载条件来控制 功率到次级电路的传输。控制装置包括两个开关，其具有适合于控制从而变得可变的流过 电感器或电容器的电流的驱动器。该传感装置感测谐振电路中的电压的相位。控制装置适 合于驱动开关装置以在电压过零之后预定时间段将可变电感器连接到次级电路或者可变 电容器从次级电路断开连接。从而，控制装置改变可变电感或可变电容器，使得当负载小且 不需要通过次级电路传输高功率时，谐振频率被解调远离谐振（跟踪频率）。次级电路随着 负载增加且要求高功率传输而被朝着跟踪频率调谐，以满足来自增加的负载的需求。
[0003] 如在US8, 093, 758中描述的功率传输系统的缺点是需要相对昂贵的控制器且必 须感测到负载的输出电压。此外，开关在进行开关时在拾取电路中和因此的初级路径上引 起噪声。此噪声可能干扰被耦合到电缆的其它拾取器的功能，或者可能要求电源在交变电 流不受影响且保持如预定的一样方面针对此噪声是稳健的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是改善这些问题中的一个或多个或者至少提供一种替换功率传输 系统。
[0005]用根据本发明的实施例的功率传输系统来达到该目的，所述功率传输系统包括用 于从载送交变源电流的电缆电感地拾取功率的传输拾取电路，其包括
[0006] -第一电路，其包括用于提供到电缆的电感耦合的变压器的次级绕组和被并联连 接到变压器的第一电容模块；
[0007] 其特征在于
[0008] 所述传输拾取电路包括
[0009] 一第二电路，其被并联连接到第一电路并包括第二电感模块和用以向负载传输功 率的装置，该装置与第二电感模块串联。
[0010] 次级绕组、第一电容模块、第二电感模块、所述装置和在存在负载时一起形成传输 拾取电路。传输拾取电路是谐振电路，即可以根据交变源电流的频率而谐振的电路。
[0011] 第二电感模块、第一电容模块和变压器的次级绕组一起形成用于在电缆的方向上 的噪声的低通滤波器。因此来自负载或所述装置的噪声被滤波。因此，电缆上的交变源电 流的源不必是非常稳健的，并且被耦合到电缆的其它电感耦合功率传输拾取电路可以最佳 地运行。
[0012] 优选地，交变源电流以电缆频率进行交变且第一电路在电缆频率以下的第一谐振 频率周围的第一频率范围内具有第一谐振，并且功率传输系统被布置成使得当在使用中时 第二电路形成无穷高阻抗，变压器在电缆频率不饱和。
[0013] 次级绕组可以被建模为理想变压器绕组和与理想变压器绕组并联的磁化电感。理 想变压器绕组具有零阻抗，即理想变压器的电感、电阻和电容是零。
[0014] 在传输拾取电路中，第二电路与第一电路并联。通过将第二电路与第一电路并联 地放置，第二电路的阻抗与第一电路的阻抗并联。因此当第二电路的阻抗与第一电路的阻 抗相比是高的时，第一电路的性质变成主导的。此外，如果第二电路在使用期间形成无穷高 阻抗，则第二电路有效地不起作用。
[0015] 在实际中，电路的谐振峰值不必具有无穷小的宽度，但是在一定频率范围内具有 谐振。在本实施例中，第一频率范围在第一谐振频率周围，在第一谐振频率谐振达到最大 值。第一谐振频率在电缆频率以下，这意味着在电缆频率谐振并未处于其最大值。
[0016] 另外，变压器具有有限的最大功率传输，在其以上变压器饱和。因此，至少在饱和 频率范围之上，传输拾取电路将促使变压器饱和。因此，当在实际中第二电路在电缆频率形 成无穷负载时，传输拾取电路将从电缆拾取比在变压器将饱和时更少的能量。换言之，存在 传输拾取电路从电缆的解耦。
[0017] 此解耦在多个情况下可以是有利的。由于第二电路包括用以向负载传输功率的装 置，所以第二电路的阻抗取决于负载的阻抗（并且因此也取决于负载的存在）。此外，第二 电路的电阻随着负载电阻的上升而上升。当第二电路仅由于负载的存在而闭合时（即当其 在不存在负载的情况下打开时），第二电路的电阻在没有负载被连接时达到最大值。关断负 载可具有相同的效果。与第二电路的高阻抗解耦相组合，这意味着在负载的高阻抗下且尤 其是当没有负载被连接时存在解耦。这例如意味着当不存在负载时或者当负载被关断时存 在相对低的功率损耗，并且事实上在这种情况下期望的是功率损耗是最小的。
[0018] 为了实现此解耦，不要求控制器。由于不要求控制器，所以功率传输拾取器是相对 廉价且可靠的。替代地，根据负载本身的阻抗而用传输拾取电路的不同谐振性质来实现解 耦方面的差异。
[0019] 本发明人认识到由于变压器的磁感与电感模块的磁感分离，所以其与其中负载在 并未与第二电感模块串联的情况下将与第一电路并联的情况相比，可以有利地具有用以增 加第一谐振频率与电缆频率之间的差的更大自由度而不损害向负载传输功率的能力。
[0020] 在优选实施例中，第二电路包括与第二电感模块串联且与所述装置并联地布置的 第二电容模块，其中，第二电容模块和第二电感模块被布置成用于当在实际中负载阻抗无 穷高时在第二谐振频率周围的第二频率范围内具有第二谐振，并且其中，第二谐振被布置 成使得传输拾取电路的阻抗当在实际中负载无穷高时低于电缆频率下的第一电路的阻抗。
[0021] 通过在第二电路中具有电容模块，即使有负载的无穷高阻抗，第二电路也在传输 拾取电路中起作用。此外，第二电路具有第二谐振。由于第二电路具有与第二电感模块串 联的第二电容模块，所以第二电路的阻抗在谐振时是低的，在第二谐振频率下具有最小值。 由于第二电路与第一电路并联，所以第二电路的低阻抗促使传输拾取电路的阻抗是低的。
[0022] 由于在本实施例中传输拾取电路具有低于第一电路的阻抗，所以当在使用中负载 形成无穷高的阻抗时，从电缆拾取的功率在电缆频率下进一步减少。
[0023]当负载的阻抗降低时，在电缆频率下，负载相对于第二电容模块而言变得更加主 导，所以有效地减小了串联谐振。这使得可以向负载传输功率。在其中负载阻抗接近于零 的情况下，第二电容模块被完全绕过，并且在有或没有第二电容模块的情况下的电路的性 质变成相等的。
[0024]优选地，在电缆频率下，当在实际中负载阻抗无穷高时，第二电路的阻抗低于第一 电路的阻抗。
[0025] 由于第二电路的阻抗低于第一电路的阻抗，所以传输拾取电路的阻抗显著地减 小。
[0026]在优选实施例中，优选地，所述装置包括被布置成从整流器的输出侧对负载进行 供电的整流器和被连接到被布置成与负载并联的整流器的输出侧的电容储蓄器模块。
[0027] 由于所述装置与第二电容模块并联且被布置成从整流器的输出侧对负载进行供 应，所以增加的负载电阻仍导致第二电路的电阻增加。
[0028]由于电容储蓄器模块与负载并联且在整流器后面，所以存在用于负载的能量的储 蓄器，使得可存在于电压和电流中的整流器的输出侧的脉动被消除。
[0029]优选地，所述装置包括被布置成与负载和电容储蓄器模块串联的第三电感模块。
[0030] 电容储蓄器模块当在整流器的输出侧的交变电压达到阈值值时加载。因此，其在 整流器的输出侧的交变电压的顶点处加载。此加载特性可干扰谐振传输拾取电路的谐振。 第