专利名称：基于电力传输效率的谐振功率传输系统的制作方法
技术领域：
以下描述涉及无线电力传输。
背景技术：
传统谐振功率传输系统可包括源装置和目标装置。源装置可发送谐振功率，目标装置可接收所述谐振功率。谐振功率可从源装置无线地传送到目标装置。由于无线环境的特性，当将被充电的装置的数量增加时，电力传输效率可降低。
发明内容
根据一个方面，一种谐振功率发送器可包括电压控制器，构造为接收第一频带的交流AC信号的输入并输出预定电平的直流DC电压；功率转换器，构造为通过第二频带的切换脉冲信号将DC电压转换为AC功率；源谐振器，构造为将AC功率传送到一个或多个谐振功率接收器；源控制器，构造为基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。源控制器可构造为基于谐振功率接收器的数量离散地控制DC电压的信号电平。源控制器可构造为基于源谐振器和所述一个或多个谐振功率接收器之间的距离控制DC电压的信号电平。源控制器可构造为基于连接到所述一个或多个谐振功率接收器的负载的充电状态控制DC电压的信号电平。当反射功率的量增加时，源控制器可构造为减小DC电压的信号电平，当射功率的量减小时，源控制器可构造为增加DC电压的信号电平。所述谐振功率发送器还可包括通信单元，构造为从一个或多个谐振功率接收器接收标识符ID，其中，源控制器构造为基于接收的ID识别谐振功率接收器的数量。第二频率带的范围可从2MHz至20MHz。当谐振功率接收器的数量保持不变，并且反射功率的量改变时，源控制器可构造为改变DC电压的信号电平。根据另一方面，一种在谐振功率发送器中控制功率转换的方法可包括识别谐振功率接收器的数量；测量与谐振功率相应的反射功率；基于测量的反射功率和谐振功率接收器的数量，控制供应给功率转换器的电压。可基于谐振功率接收器的数量离散地控制电压。控制步骤可包括当反射功率的量增加时减小电压，并且当反射功率的量减小时增加电压。控制步骤可包括当谐振功率接收器的数量保持不变，并且反射功率的量改变时，线性地控制电压。供应给功率转换器的电压可以是直流(DC)电压。识别谐振功率接收器的数量的步骤可包括从一个或多个谐振功率接收器接收标识符(ID)。谐振功率可被发送到一个或多个谐振功率接收器。根据另一方面，一种构造为将谐振功率发送到一个或多个谐振功率接收器的谐振功率发送器可包括电压控制器，构造为接收输入信号并输出预定电平的电压；源控制器，构造为基于谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。源控制器可构造为基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。可通过从一个或多个谐振功率接收器接收标识符(ID)来确定谐振功率接收器的数量。根据另一方面，一种在构造为将谐振功率发送到一个或多个谐振功率接收器的谐振功率发送其中控制功率转换的方法可包括识别谐振功率接收器的数量；基于谐振功率接收器的数量控制供应给功率转换器的电压。可基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制供应给功率转换器的电压。从以下详细描述、附图和权利要求，其他特点和方面可以是明显的。
图1示出无线电力传输系统的示图。图2是示出对多个电子装置进行充电的示图。图3是示出谐振功率发送器的框图。图4是示出谐振功率接收器的框图。图5是示出离散地控制从电压控制器输出的直流(DC)电压的侧示图。图6是示出线性地控制从电压控制器输出地DC电压的侧示图。图7是示出谐振功率发送器的输出功率与电力传输效率之间的关系的示图。图8是示出谐振功率发送器的输出功率与电力传输效率之间的另一关系的示图。图9示出具有二维(2D)结构的谐振器结构。图10示出具有三维(3D)结构的谐振器结构。图11示出构造为大体积类型(bulky type)的用于无线电力传输的谐振器。图12示出构造为空心类型(hollow type)的用于无线电力传输的谐振器。图13示出使用平行板配置的用于无线电力传输的谐振器。图14示出包括分布式电容器的用于无线电力传输的谐振器。图15示出在图9的谐振器中使用的匹配器，图16示出在图10的谐振器中使用的匹配器的示例。图17是示出图9的无线电力发送的谐振器的一个等效电路的示图。在所有的附图和详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标号应该被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述以帮助读者全面理解这里描述的方法、设备和/或系统。因此，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物可被推荐给本领域的普通技术人员。描述的处理操作的进行是一个示例；然而，操作的顺序不限于这里阐述的顺序，而可以如本领域已知的那样改变，除非操作必须以特定顺序发生。此外，为了增加清晰和简明，可省略公知功能和结构的描述。图1示出无线电力传输系统。在一个或多个实施例中，发送的无线电力可以是谐振功率。如图1所示，无线电力传输系统可具有包括源和目标的源-目标结构。例如，无线电力传输系统可包括与源相应的谐振功率发送器110和与目标相应的谐振功率接收器120。谐振功率发送器110可包括例如源单元111和源谐振器115。源单元111可构造为从外部电压提供器接收能量以产生谐振功率。在一些情况下，谐振功率发送器110还可包括用于执行诸如谐振频率和/或阻抗匹配功能的匹配控制器113。源单元111可包括交流(AC) -AC (AC/AC)转换器、AC-直流(DC) (AC/DC)转换器、DC-AC(DC/AC)逆变器。AC/AC转换器可构造为将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节到期望的电平。AC/DC转换器可通过对从AC/AC转换器输出的AC信号整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可构造为通过快速地切换从AC/DC转换器输出的DC电压来产生(例如几兆赫兹(MHz)到几十MHz频带的)AC信号。AC电的其他频率也是可用的。匹配控制器113可构造为设置源谐振器115的谐振带宽和/或源谐振器115的阻抗匹配频率。在一些实施方式中，匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元和/或源匹配频率设置单元。源谐振带宽设置单元可设置源谐振器115的谐振带宽。源匹配频率设置单元可设置源谐振器115的阻抗匹配频率。例如，可基于源谐振器115的谐振带宽的设置或源谐振器115的阻抗匹配频率的设置来确定源谐振器115的Q因数。源谐振器115可构造为将电磁能传送到目标谐振器121。例如，源谐振器115可通过与目标谐振器121的磁耦合101将谐振功率传送到谐振功率接收器120。因此，源谐振器115可构造为在设置的谐振带宽中谐振。如图所示，谐振功率接收器120可包括例如目标谐振器121、执行谐振频率和/或阻抗匹配的匹配控制器123以及将接收的谐振功率传送到装置或负载的目标单元125。目标谐振器121可构造为从源谐振器115接收电磁能。目标谐振器121可构造为在设置的谐振带宽中谐振。匹配控制器123可设置目标谐振器121的谐振带宽和/或目标谐振器121的阻抗匹配频率。在一些情况下，匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元和/或目标匹配频率设置单元。目标谐振带宽设置单元可构造为设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可设置目标谐振器121的阻抗匹配频率。例如，可基于目标谐振器121的谐振带宽的设置或目标谐振器121的阻抗匹配频率的设置来确定目标谐振器121的Q因数。目标单元125可构造为将接收的谐振功率传送到负载。目标单元125可包括例如AC/DC转换器和DC/DC转换器。AC/DC转换器可通过对从源谐振器115发送到目标谐振器121的AC信号整流来产生DC电压。DC/DC转换器可通过调节DC电压的电压电平来将额定电压供应给装置或负载。在一个或多个实施例中，源谐振器115和目标谐振器121可构造为例如螺旋(helix)线圈结构的谐振器、螺旋形(spiral)线圈结构的谐振器、元结构(meta-structured)的谐振器等。参照图1，控制Q因数可包括设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽；以及通过源谐振器115和目标谐振器121之间的磁耦合101将电磁能从源谐振器115传送到目标谐振器121。在一些情况下，源谐振器115的谐振带宽可被设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或者比目标谐振器121的谐振带宽窄。例如，可通过将源谐振器115的谐振带宽设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或窄，来保持源谐振器115的BW因数与目标谐振器121的BW因数之间的不平衡关系。对于采用谐振方案的无线电力传输，谐振带宽可能是重要的因素。当Q因数(例如，考虑到源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻抗的改变、阻抗不匹配、反射信号等)被表示为Qt时，如等式I所示，Qt可具有与谐振带宽成反比的关系。[等式I]
权利要求
1.一种谐振功率发送器，包括 电压控制器，构造为接收第一频带的交流AC信号的输入并输出预定电平的直流DC电压； 功率转换器，构造为通过第二频带的切换脉冲信号将DC电压转换为AC功率； 源谐振器，构造为将AC功率传送到一个或多个谐振功率接收器； 源控制器，构造为基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。
2.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，源控制器构造为基于谐振功率接收器的数量离散地控制DC电压的信号电平。
3.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，源控制器构造为基于源谐振器和所述一个或多个谐振功率接收器之间的距离控制DC电压的信号电平。
4.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，源控制器构造为基于连接到所述一个或多个谐振功率接收器的负载的充电状态控制DC电压的信号电平。
5.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，当反射功率的量增加时，源控制器构造为减小DC电压的信号电平，当反射功率的量减小时，源控制器构造为增加DC电压的信号电平。
6.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，还包括 通信单元，构造为接收每一个谐振功率接收器的标识符ID， 其中，源控制器构造为基于接收的ID识别谐振功率接收器的数量。
7.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，第二频率带的范围是从2MHz至20MHz ο
8.根据权利要求1所述的谐振功率发送器，其中，当谐振功率接收器的数量保持不变，并且反射功率的量改变时，源控制器构造为改变DC电压的信号电平。
9.一种在谐振功率发送器中控制功率转换的方法，所述方法包括 识别谐振功率接收器的数量； 测量与谐振功率相应的反射功率； 基于测量的反射功率和谐振功率接收器的数量，控制供应给功率转换器的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于谐振功率接收器的数量离散地控制电压。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，控制步骤包括当反射功率的量增加时减小电压，并且当反射功率的量减小时增加电压。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，控制步骤包括当谐振功率接收器的数量保持不变，并且反射功率的量改变时，线性地控制电压。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，供应给功率转换器的电压是DC电压。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，识别谐振功率接收器的数量的步骤包括从一个或多个谐振功率接收器接收标识符ID。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，谐振功率被发送到一个或多个谐振功率接收器。
16.一种构造为将谐振功率发送到一个或多个谐振功率接收器的谐振功率发送器，所述谐振功率发送器包括 电压控制器，构造为接收输入信号并输出预定电平的电压；源控制器，构造为基于谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。
17.根据权利要求16所述的谐振功率发送器，其中，源控制器构造为基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。
18.根据权利要求16所述的谐振功率发送器，其中，通过从一个或多个谐振功率接收器接收标识符ID来确定谐振功率接收器的数量。
19.一种在构造为将谐振功率发送到一个或多个谐振功率接收器的谐振功率发送器中控制功率转换的方法，所述方法包括 识别谐振功率接收器的数量； 基于谐振功率接收器的数量控制供应给功率转换器的电压。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，基于反射功率和谐振功率接收器的数量控制供应给功率转换器的电压。
全文摘要
本发明提供了一种用于基于电力传输效率控制功率转换器的供应电压的谐振功率传输系统。根据一方面，一种构造为将谐振功率发送到一个或多个谐振功率接收器的谐振功率发送器可包括电压控制器，构造为接收输入信号并输出预定电平的电压；源控制器，构造为基于谐振功率接收器的数量控制DC电压的信号电平。
文档编号H02J17/00GK103069688SQ201180041363
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年8月26日
发明者崔真诚, 权相旭, 朴允权, 朴垠锡, 洪荣泽, 柳荣颢, 金南伦, 金东照 申请人:三星电子株式会社