感应电流传输方法与流程

本发明涉及一种借助至少一个由放大器为其加载电功率的发射线圈的感应电流传输方法。

背景技术：

已知多种用于例如为给电气设备供电的蓄电池充电的感应电流传输。因此，ep1318260a2公开了由连接在随着门扇移动的蓄电池上的固定网络组成的无线电流传输。

de102010047579a1公开了另一种用途。在此，公开了呈平面延伸的家具零件，例如，桌板或工作台面，在其之中集成了多个用于为电驱动的设备(尤其如笔记本电脑、智能手机、平板电脑或同类设备)传输感应电流的发射线圈。

此处的目的是，使任何放置于此家具零件上的电气负载获得电流供给。

技术实现要素：

此类负载可根据其接收的电功率划分到不同的等级中。为了保证这些不同的负载最优的电力供应，也需要传输不同的功率。因此，用于为至少一个发射线圈加载电功率的放大器必须设计得十分高效并且抗干扰。此点尤其也适用于无线电能传输在大约500khz以上的高频区域。

根据权利要求1所述的特征，此技术问题通过借助至少一个由放大器加载电功率的发射线圈的其中之一的感应电流传输方法通过此方式实现，即，放大器以零电压开关(zvc)和零电流开关(zcv)模式运行。

通过在电压过零和电流过零时接通放大器的电子开关(例如晶体管)来将电子开关的损耗功率降到最低并最大限度地避免干扰，由此，即使在高频率下，也提供更可靠、更稳定的运行。

但是，只有少量的开关模式可以同时满足这两个条件。这在由过程控制装置随后调节、并由此似乎呈现为de级放大器的d级放大器上可实现。

此种过程控制装置可构造为独立的、可自主编程的逻辑单元或使用asic，即专用集成电路。

在根据本发明的方法的结构设计方案中，放大器具有带有两个电子开关的半桥、串联谐振电路和两个分别配给电子开关的电容，过程控制装置生成用于操控电子开关的两个错开半个周期的矩形信号，矩形信号的脉冲宽度设置得使放电电容刚好在下一个矩形信号起始时完成放电。

电容可由合适的、并联于开关的电容器、开关电容本身或者相匹配的组合构造。

此处，如d级放大器通常的情况那样，调节脉冲宽度不用于调节功率，而用于调节de级放大器的模式，即零电压开关和零电流开关。在此，还设置得使过程控制装置生成可设定为两种数值的、固定频率的脉冲作为矩形信号。但是，也可设置得使过程控制装备生成可设定其脉冲宽度的脉冲作为矩形信号。因此，结合上述两个特征，彼此跟随的脉冲两上升沿之间的距离保持恒定。只有脉冲宽度变化。

调节脉冲宽度不用于调整放大器功率，而用于以前述的模式运行。为了调整功率，设置得使矩形信号划分成等距的间隔，并且，为了调整放大器功率，由过程控制装置在此间隔中生成可设定其数量的脉冲，即稀疏处理。

如果没有传输脉冲，信号保持为零并且无能量传输。

为了使电子开关利落地切换，可进一步设置，使半桥一侧短路以衰减半桥振荡，这基本阐述了强制断开。

另外，为了保证最优地运行用于感应电流传输的发射器，还在产生脉冲的过程控制装备与半桥之间设置了控制回路。由此，可通过经过评估的半桥信号调整脉冲宽度，使半桥也最优地运行。为此，设置微控制器是有利的，过程控制装置由微控制器通过数据总线获取信息。此外，此信息可包含用于调节放大器功率的数据，从而，也可为不同功率等级的装置实现最优的无线电能传输。

如果过程控制装置为复杂可编程逻辑器件(cpld)，即一种可编程的逻辑单元，总体上是证实有利的。与现场可编程门阵列(fpga)不同，cpld在失去电源电压时不丢失其程序，因为该程序以eeprom技术为基础。专用集成电路作为一种选择也可用于过程控制装置。

附图说明

根据附图进一步阐述本发明的本质，在附图中仅示出了示意性的和典范的绘图。图中：

图1示出了作为放大器的逆变器电路，

图2示出了最优的脉冲宽度调节，

图3示出了过大的脉冲宽度调节，

图4示出了过小的脉冲宽度调节，

图5示出了稀疏处理，

图6示出了根据本发明用于无线电能传输的简化的方框图。

具体实施方式

图1示出了用于实施根据本发明的方法的放大器1构造为具有带有两个电子开关q1、q2(例如晶体管)的半桥2的逆变器。

在两电子开关q1、q2的负载电路中，接有具有电容c和电感la的串联谐振电路3。另一个与串联谐振电路3串联的电感lb和电感la一同构成发射线圈。通过欧姆电阻r闭合负载电路。

并联于电子开关q1、q2连接有两个电容c1、c2。

根据电子开关q1、q2的开关位置，为两电容c1、c2的其中之一加载电源电压u或者通过负载电路放电。

为了运行放大器1，在电子开关q1、q2处需要相同频率的矩形信号，两矩形信号错开半个周期。由此，在电感la和lb处产生交流电流。

为了尽可能达到最高的感应电能传输效率，电子开关q1、q2必须调整具有彼此充分协调的矩形信号。脉冲宽度的大小必须刚好可使电容c1、c2在取决于脉冲宽度的放电时间td内通过负载电路中电感的作用放电。电容c1、c2的其中之一应刚好在此时完成放电，即，当脉冲操控另一个电子开关q1、q2并且开始为第二个电容c1、c2充电时。以下情景符合此种情况，即，当电压或者说电流为零，由此放大器以零电压开关及零电流开关模式运行时，刚好在此时脉冲到达电子开关q1、q2的其中之一。

图2在上面的两个坐标系中示出了错开半个周期t/2的矩形信号，此处标定为1。这两矩形信号的脉冲宽度是最优的，以借助电子开关q1和q2使电流i过零。在最下面的坐标系中的标定的反馈过零信号由第一个矩形信号的上升沿开始，在第二个矩形信号的上升沿终止。第一个矩形信号的下降沿到第二个矩形信号的上升沿之间、或者说第二个矩形信号的下降沿到第三个矩形信号的上升沿之间的距离即为放电时间td。

在图3中示出了脉冲宽度过大的情况。相应地，电流i过零太晚，或者在图4中，脉冲宽度过小，过零太早。因为，在此两种情况中，矩形信号的接通时间不再与电流i的过零一致，电路的效率明显降低。

为了调整脉冲宽度达到最佳，设置有过程控制装置，例如，复杂可编程逻辑器件cpld或者专用集成电路asic。然而将一定频率的脉冲调整到设定的脉冲宽度不能实现调节放大器1输出的功率，只能实现最佳的运行、精确地接通电子开关q1、q2。

但是，通过过程控制装置也可实现对感应传输功率的调节。其通常在间隔4中制造可设定数量的脉冲，例如，在图5中上面的坐标系中为20个脉冲。但是，为了降低待感应传输的功率，不生成此20个脉冲，而生成更少的脉冲，例如在图5中下面的坐标系中只有10个脉冲。

在此，两个电子开关q1、q2以此方式接通，即，在不传输脉冲的时间里不进行感应电能传输。

图6再次简化地示出了根据本发明的方法的整体设计。负载5通过用于感应电流传输的接收线圈6与发射器8的发射线圈7耦联。发射线圈7由前述类型的放大器9供电。用于设定放大器9的开关行为的过程控制装置10包含必要信息，从而，通过虚线画出的控制回路11(例如作为相位信号)直接由电路、或者经过微控制器12调节脉冲宽度。此外，微控制器可以传递给过程控制装置10其他信息，例如，用于根据负载5的功率等级调整放大器9的功率的信息。由此，实现放大器9最优的运行以及优化地调整放大器9输出给负载5的功率。