[发明专利]无线电能传输控制装置和方法

说明书

一种无线电能传输控制装置包括：感测晶体管，其栅极和源极分别直接连接到谐振转换器的功率晶体管的栅极和源极，其中谐振转换器包括原边侧和磁耦合到原边侧的副边侧；包括放大器的电流感测和放大电路，放大器具有分别连接到感测晶体管的漏极和功率晶体管的漏极的输入端；连接到电流感测和放大电路的输出端的模拟‑数字转换器；以及连接到模拟‑数字转换器的输出端的数字控制器，其中数字控制器配置成基于流过感测晶体管的电流调制谐振转换器的可变电容网络。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2016年3月15日申请的题为“Wireless Power Transfer ControlApparatus and Method(无线电能传输控制装置和方法)”的美国临时申请号62/308,684并主张其优先权，该临时申请以引用的方式并入到本文。

技术领域

本发明涉及控制装置、方法和系统，并且在特定实施例中，涉及无线电能传输系统中的控制装置、方法和系统。

背景技术

随着技术进一步发展，无线电能传输(WPT)作为用于为诸如移动电话、平板PC、数码相机、MP3播放器和/或类似设备的移动设备供电或充电的高效且便利的机制出现。无线电能传输系统通常包括原边侧传送器和一个或多个副边侧接收器。原边层传送器通过磁耦合而磁耦合到副边侧接收器。磁耦合可作为具有在原边侧传送器中形成的原边侧线圈和在副边侧接收器中形成的副边侧线圈的松散耦合变压器实现。

图1示出无线电能传输系统的框图。图1中示出的无线电能传输系统100是由无线电力联盟(A4WP)组织推荐的实例性系统。图1中示出的无线电能传输系统100包括功率传送器和功率接收器。通过磁耦合，将功率从功率传送器传输到功率接收器。

功率传送器包括以级联方式连接在电源输入端和传送器线圈之间的传送器dc/dc转换器、功率放大器、阻抗匹配电路和谐振电路。功率传送器还可包括具有耦合到接收器蓝牙单元的第一输入/输出端以及耦合到功率传送器的传送器dc/dc转换器的第二输入/输出端的传送器蓝牙单元。

功率接收器包括以级联方式连接在接收器线圈和负载之间的谐振电路、整流器、接收器dc/dc转换器。功率接收器还可包括具有耦合到传送器蓝牙单元的输入/输出端的接收器蓝牙单元。可在无线电能传输系统100中增加具有如图1所示的相同体系结构的更多接收器以形成多接收器系统。

根据A4WP的标准，功率传送器以在从约6.765MHz到约6.795MHz范围内的频段内的固定系统频率(6.78MHz标称频率)操作。应注意，功率传送器可在与上述频率不同的频率操作。传送器功率放大器将它的输入端处的dc功率转换为具有在上述频段内的频率的高频ac功率。通过谐振电路(通常是一个或多个电容器)耦合到功率放大器的传送器线圈与谐振电路一起形成传送器谐振回路，并在系统频率产生磁场。通过磁耦合，将功率传输到接收器线圈附近。同样地，功率接收器的接收器线圈与谐振电路形成接收器谐振回路。

耦合到接收器线圈的谐振电路与耦合到传送器线圈的谐振电路均可包括一个或多个电容器。传送器谐振回路的谐振频率和接收器谐振回路的谐振频率设计成在系统频率，它由功率放大器的切换频率确定。

为了匹配功率传送器中的功率放大器和谐振回路的功率容量和电参数，可在功率放大器和传送器谐振电路之间设置阻抗匹配电路，如图1所示。

功率接收器中的整流器将来自接收器线圈的高频ac功率转换为dc功率，并通过接收器dc/dc转换器将dc功率递送到负载。在图1中示出的系统中，对于发送给功率放大器的给定输入电压Vin，由于诸如传送器和接收器之间的耦合系数变化、负载变化等的各种因素，整流器处的输出电压Vo可在广泛范围内变化。