使用能量注入的感应电力传输控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及感应电力传输(inductive power transfer, IPT)系统,并且对IPT系统控制以及IPT系统初级电源操作具有具体相关性。
【背景技术】
[0002]感应电力传输(IPT)系统是众所周知的。典型的IPT系统的一个示例在图1中示出，其中通常以转换器形式提供的电源I激励初级传导路径或轨道2。电源通常生成沿着轨道2的高频电流，其中轨道2通常是分离线圈，但是在其它实施例中可以包括单个回路。轨道2中生成的磁场使拾波(pick up)装置4的拾波线圈3能够感应地耦合到轨道。拾波器4包括调节接收的电力的控制电路5，以便提供合适的电源给负载6。
[0003]为了在轨道2中生成高频电流，电源I中的开关的工作频率通常等于实际的系统频率。这使得用于这些电源的控制器设计复杂并且昂贵。在实践中，控制可用于拾波器4的电力可能有问题，并且在现有系统中试图提供适当控制能够在负载瞬变或启动情况期间导致不可预测的电压和电流过冲。这些状况能够损害切换装置或系统中的其它组件。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供改进的IPT系统控制方法或设备，或提供认可的IPT系统电源，或提供改进的IPT系统，该系统至少改善一个或更多个已知系统的缺点，或至少提供一种有用的替代方案。
[0005]相应地，在一个方面，本发明广泛地包括一种用于控制具有切换谐振电路(switched resonant circuit)的IPT系统初级电源的方法,该方法包括如下步骤:
[0006]1.)通过比较系统参数值与所需值确定误差；
[0007]2.)使用误差幅度确定用于切换谐振电路的能量注入切换序列(energyinject1n switching sequence),通过确定a)注入序列中能量注入事件的数量,和b)确定序列中的能量注入事件的分布。
[0008]在一个实施例中，参数指示电力输出或电力可用性。这可以是次级上的输出或负载电压。
[0009]在一个实施例中，参数是从初级电源可得到的电力。在一个示例中，这可以被测量为电压，或者可以使用其它参数来测量。类似地，在一个实施例中，初级电源的输出是从电源可得到的电力，但是可以可替代地是另一个参数。
[0010]在一个实施例中，误差包括误差信号。在其它实施例中，误差被计算并包括用于处理器中以实现控制算法的数据。
[0011]在一个实施例中，所需输出包括初级电源供给的IPT拾波器的所需输出。类似地，在一些实施例中，初级电源的输出包括初级电源正供给的IPT拾波器的输出。
[0012]优选地，处理器用于确定能量注入切换序列，和/或注入序列中的能量注入事件的数量，和/或序列中的能量注入事件的分布。
[0013]在另一个方面，本发明广泛地包括用于具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的控制部件，该控制部件包括
[0014]1.通过比较系统参数值与所需值确定误差信号的部件。
[0015]2.通过使用误差信号的幅度确定能量注入序列以用于切换谐振电路的部件，通过确定a)注入序列中能量注入事件的数量，和b)确定序列中的能量注入事件的分布。
[0016]在一个实施例中，参数指示电力输出或电力可用性。
[0017]在一个实施例中，所需输出是从初级电源可得到的电力。在一个实例中，这可以被测量为电压，或者可以使用另一个参数测量。类似地，在一个实施例中，初级电源的输出是从电源可得到的电力，但是可以可替代地是另一个参数。
[0018]在一个实施例中，误差包括误差信号。在其它实施例中，误差被计算并包括用于处理器中以实现控制算法的数据。
[0019]在一个实施例中，所需输出包括初级电源供给的IPT拾波器的所需输出。类似地，在一些实施例中，初级电源的输出可以包括正由初级电源供给的IPT拾波器的输出。
[0020]优选地，处理器用于确定能量注入切换序列，和/或注入序列中的能量注入事件的数量，和/或序列中的能量注入事件的分布。
[0021]在进一步方面，本发明广泛地包括根据本发明前述的包括控制器的IPT系统。
[0022]在另一个方面，提供一种用于控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的方法，该方法包括:确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路。
[0023]使用时，IPT初级电源将位于邻近用于传输电力到所连接的负载的IPT次级拾波器电路的位置。这种布置允许容易地适应耦合状况和次级上的负载状况的变化，例如线圈之间的距离。较短的持续时间图案允许迅速适应这种瞬变，而较长的持续时间图案允许更精细的电力传输控制，以便与设定点更紧密地对齐并提高效率。具体地，能够降低损失和减少发热。各种持续时间图案提供的灵活性控制还允许支持更大的耦合间隙。另外，通过提高效率和更灵活的系统管理，电路组件(诸如开关和电容器)上的应力减小，从而延长它们的有效寿命，或允许组件减免，因此能够更便宜供应。提供更大的灵活性还使在系统设计中，次级中的切换组件可以减少，从而延长次级寿命和可靠性。这在诸如可植入医疗装置的应用中可能特别重要的。
[0024]在一个实施例中，注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布取决于参数值。
[0025]在一个实施例中，改变一系列图案中的能量注入事件的分布，同时在系列的每个图案中保持相同数量的能量注入事件。通过保持相同数量的注入事件但改变图案，传输的电力恒定并且建立能够检测图案系列的通信信道。这能够用于发送数字信息。传输的电力的调制可以替代地用于改变和/或减少电力系统产生的电磁噪声。当部署在敏感环境中时，这可以是特别有利的。
[0026]在一个实施例中，持续时间包括具有电路的谐振频率的若干周期的图案长度。当参数值低于阈值时，图案长度的周期数量可以是预定数量，否则是更高的数量。这种布置允许系统恢复到短图案以用于处理瞬态状况，诸如次级负载的突然变化，或例如通过改变初级线圈和次级线圈之间距离引起的耦合变化。
[0027]实施例可以提供具有不同数量周期的若干切换图案，以便处理不同状况。这些图案之间的选择或切换可以直接取决于参数值的变化，或选择新图案可以取决于参数值随时间的变化。因此，例如随着系统在瞬态状况之后表现为稳定的，可以选择越来越长的持续时间图案。
[0028]在一个实施例中，根据通过比较系统的参数值与所需值确定的误差，控制谐振电路。
[0029]系统参数可以指示电力输出或电力可用性。
[0030]在一个实施例中，IPT系统初级电源用于对植入式医疗装置充电。
[0031]另一个方面，提供一种具有切换谐振电路的IPT系统初级电源，并且包括:用于确定系统参数值的部件；用于基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案的部件；用于根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路的部件。
[0032]还可以提供一种IPT系统，该IPT系统具有IPT系统初级电源和用于向连接到次级的负载无线传输电力的次级拾波器。一种示例性负载是诸如用于心脏泵的电源的植入装置。
[0033]在一个实施例中，切换谐振电路具有由确定的能量注入切换图案控制的多个开关。
[0034]在一个实施例中，注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布取决于参数值。能量注入事件可以取决于切换谐振电路的谐振频率周期。
[0035]在一个实施例中，IPT系统初级电源还包括:用于通过比较系统参数值与所需值以确定误差的部件，以及用于确定能量注入切换图案的部件被设置以基于误差确定持续时间。
[0036]在一个实施例中，持续时间包括具有电路谐振频率的若干周期的图案长度，以及其中图案包括取决于参数值的注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布，能量注入事件取决于谐振频率周期。
[0037]在另一个方面，提供一种用于实施控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的方法的计算机程序；该方法包括:确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据确定的能量注入切换图案控制谐振