專利名稱：自適應(yīng)感應(yīng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無觸點電源，并且更具體地說，涉及感應(yīng)耦合的無觸點電源。
背景技術(shù)：
無觸點能量傳輸系統(tǒng)(CEETS)在沒有任何機(jī)械連接的情況下將電能從一臺設(shè)備 傳送到另一臺設(shè)備。由于沒有機(jī)械連接，因此與常規(guī)能量系統(tǒng)相比CEETS具有許多優(yōu)點。因 為存在很小的由電源的絕緣引起的電火花或電擊的危險，因此CEETS—般更安全。由于不 存在變得磨損的觸點，因此CEETS具有更長的壽命。由于這些優(yōu)點，CEETS已經(jīng)用在從牙刷 到便攜式電話到火車的一切事物中。CEETS由電源和遠(yuǎn)程設(shè)備組成。遠(yuǎn)程設(shè)備可以是可充電的設(shè)備，諸如電池、微型電 容器或任何其它可充電的能源。備選地，CEETS可以直接為設(shè)備供電。一種CEETS使用磁感應(yīng)傳遞能量。來自電源中初級繞組的能量被感應(yīng)地傳遞到可 充電設(shè)備中的次級繞組。由于次級繞組與初級繞組物理上隔開了，因此感應(yīng)耦合發(fā)生在空 氣中。在初級繞組和次級繞組之間沒有物理連接的情況下，不存在常規(guī)的反饋控制。由 此，在CEETS中從初級到次級的能量傳遞控制是困難的。一個通用解決方案是設(shè)計對一類設(shè)備專用的CEETS。例如，用于可再充電牙刷的 CEETS設(shè)計為僅用于為牙刷再充電，而用于可再充電電話的CEETS僅與特定類型的電話一 起工作。雖然該解決方案使CEET可有效地與一種特殊設(shè)備一起操作，但該解決方案無法足 夠靈活地使電源與不同的可再充電設(shè)備一起操作。顯然，為每個特定的可充電設(shè)備制造CEETS是昂貴而低效的。因此，非常需要一種高效且能與大量設(shè)備一起使用的無觸點能量傳輸系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中克服了上述問題。無觸點電源通過振蕩電路(tank circuit) 感應(yīng)地耦合到設(shè)備。所述電源具有用 于動態(tài)調(diào)節(jié)振蕩電路諧振頻率的控制器。所述振蕩電路可具有可變電容器或可變電感器， 或二者都有。在一個實施例中，所述電源還可具有變換器。連接到變換器的驅(qū)動電路控制 變換器頻率和變換器占空比。具有附有存儲器的控制器通過驅(qū)動電路指導(dǎo)變換器的操作。 備選地，變換器還可連接到DC電源。然后，控制器可改變DC電源的干線電壓。通過改變振蕩電路的諧振頻率、變換器的頻率、變換器的占空比以及電源的干線 電壓，無觸點電源可為各種不同設(shè)備提供能量。所述電源甚至可以同時為幾個不同的設(shè)備 提供能量。為大量不同設(shè)備供電的能力克服了先前與CEETS相關(guān)的許多限制。此外，由于 所述電源可為各種不同設(shè)備提供能量，因此用于為各種小型電子設(shè)備供電的單個中央電源 是可能的。在一個實施例中，傳感器也可耦合到振蕩電路。傳感器將監(jiān)控振蕩電路的各種操 作特性，諸如振蕩電路中的電流相位。這些操作特性指示電源所提供能量的全部負(fù)載。當(dāng) 操作特性指示電源不足以為負(fù)載供電時，控制器使所述電源搜索改進(jìn)的配置。搜索改進(jìn)的配置的過程可包括以下步驟中的一個或多個。電源可自動嘗試通過改 變變換器的頻率和變換器的占空比來補(bǔ)償。如果這足以校正電源的效率，則控制器使振蕩 電路改變其諧振頻率。眾所周知，振蕩電路的諧振頻率實際上是集中在某頻率附近的范圍。 振蕩電路將在接近諧振頻率的頻率處諧振。然而，本文描述的自適應(yīng)電源將振蕩電路重新 配置為具有基本不同的諧振頻率。振蕩電路可由可變電感器或可變電容器或二者組成。然后，控制器將改變可變電 感器的電感或可變電容器的電容，或二者都改變，從而使振蕩電路具有不同的諧振頻率?？刂破鬟€可為DC電源建立新的干線電壓。控制器還為變換器設(shè)置新的變換器頻 率和新的占空比。然后自適應(yīng)電源用新的配置操作。如果自適應(yīng)電源仍然沒有有效操作，則所述電源將再次嘗試通過改變變換器頻率 和變換器占空比來糾正該問題。如果仍然沒有校正該問題，則電源將重復(fù)如下過程重新配 置振蕩電路，設(shè)置新的變換器頻率，以及設(shè)置新的占空比。這個電源連續(xù)搜索向設(shè)備傳遞功率的最有效設(shè)置。然而，如果各種設(shè)置都無法有 效地向設(shè)備傳遞功率，則電源將選擇先前配置中最有效的配置，并用那些設(shè)置操作所述電 源。這樣，所述電源有效地為多種負(fù)載供電。此外，由于所述電源是無觸點的，因此用 戶不必具有大量不同的電源或連接器。通過參考附圖的詳細(xì)說明，將更容易明白和理解本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點 和特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器的框圖2是附加專利申請的諧振搜索鎮(zhèn)流器的示意圖，標(biāo)記為顯示結(jié)合了本發(fā)明自適 應(yīng)電感鎮(zhèn)流器的改變；圖3是說明自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器操作的流程圖；
圖4是自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)的框圖；圖5A和5B是示出自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)操作的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了 一種自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器電路，其中電源電路的電感和/或電容是可 變的，以提供廣泛的適應(yīng)性，從而使該鎮(zhèn)流器電路可為具有廣泛不同負(fù)載特性的各種感應(yīng) 供電的設(shè)備供電。出于公開的目的，結(jié)合諧振搜索鎮(zhèn)流器電路，并且更具體地說結(jié)合題為 “感應(yīng)耦合的鎮(zhèn)流器電路”的美國專利申請No. 10/246155(其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于本申 請)中描述的電感鎮(zhèn)流器，來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明更適合與其它電感鎮(zhèn)流器電路一起 使用。圖1示出了顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器10總結(jié)構(gòu)的框圖。 如圖所示，自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器10 —般包括微處理器12，其控制電路的操作；多抽頭初級線 圈14，用于產(chǎn)生磁場；波形器和驅(qū)動子電路16，其產(chǎn)生加到初級線圈14的信號；電流檢測 子電路18，其監(jiān)控加到初級線圈14的信號，并為微處理器12提供相應(yīng)反饋；電容開關(guān)20， 用于調(diào)節(jié)波形器和驅(qū)動子電路16中的電容值；以及電感開關(guān)22，用于調(diào)節(jié)多抽頭初級線圈 14的電感。微處理器是可從各種供應(yīng)商處廣泛得到的常規(guī)微處理器。電容開關(guān)20 —般包括兩個電容器組和多個開關(guān)，諸如晶體管，它們可由微處理器 12選擇性地啟動以控制這兩個電容器組的值?？筛鶕?jù)可能電容值的期望范圍和分布來串聯(lián) 或并聯(lián)地排列每組中的電容器。第一電容器組替代以上引用的申請中示出的先存在的諧振 搜索鎮(zhèn)流器的電容器271。類似地，第二電容器組替代以上引用的專利申請中示出的先存在 的諧振搜索鎮(zhèn)流器的電容器272。實際上，電容開關(guān)20使來自先存在的諧振搜索鎮(zhèn)流器的 電容器271和272變?yōu)榭勺冸娙萜?，可變電容器的值由微處理?2控制。備選地，描述的 電容開關(guān)20可由能夠提供可變電容的其它電路替代。電感開關(guān)22—般包括多抽頭初級線圈14和多個開關(guān)，諸如晶體管，可由微處理器 12選擇性地啟動這些開關(guān)，以控制初級線圈14的電感值。多抽頭初級線圈14替代附加專 利申請中示出的先存在的諧振搜索鎮(zhèn)流器的初級線圈270。實際上，電感開關(guān)22通過改變 初級線圈14中的匝數(shù)使來自先存在的諧振搜索鎮(zhèn)流器的初級線圈270變?yōu)榭勺冸姼芯€圈， 其值由微處理器12控制。備選地，所描述的電感開關(guān)22可由能夠提供可變電感的其它電 路替代。在一般的操作中，微處理器12被編程為接收來自電流檢測子電路18的輸入，其指 示加到初級線圈14的電流。微處理器12被編程為單獨調(diào)節(jié)電容開關(guān)20和電感開關(guān)22，以 循環(huán)通過電路可用的電容值和電感值范圍。微處理器12調(diào)節(jié)該電容和電感值時繼續(xù)監(jiān)控 來自電流檢測電路18的輸入，以確定哪些值為初級線圈14提供最佳電流。然后微處理器 12將自適應(yīng)鎮(zhèn)流器鎖定在最佳設(shè)置。在圖2的示意圖中示出了使申請專利申請的諧振搜索電感鎮(zhèn)流器適合自適應(yīng)電 感鎮(zhèn)流器電路10的實施例所需的一些改變。
雖然在美國專利申請No. 10/246155中更詳細(xì)描述了先存在的諧振搜索鎮(zhèn)流器， 但該電路的概述可有助于更充分地理解本發(fā)明。鎮(zhèn)流器反饋電路連接在A點，而控制電路 連接在B點。振蕩器144通過驅(qū)動器146為半橋變換器148提供交替信號。半橋變換器為 振蕩電路150供電。電流檢測電路218為振蕩器144提供反饋。在上面引用的專利申請中 更全面描述了反饋電路、控制電路、振蕩器、半橋變換器、驅(qū)動器和電流檢測電路218以及 其它輔助電路。在圖2中，可將相位延遲插在E處，并可將該相位延遲作為延遲線來控制，甚至 DSP(數(shù)字信號處理)也可用于延遲這個信號。該延遲可用于抑制(throttle)相位并控制 二次幅度。在F處，開關(guān)電容可基于可調(diào)初級電感來調(diào)節(jié)諧振頻率。簡單的晶體管可用于接 通和斷開電容。當(dāng)初級電感器變化時改變電容，以便匹配負(fù)載。在G處，可切換初級電感， 以調(diào)節(jié)次級電路所需的功率。用該負(fù)載信息，控制處理器可根據(jù)需要調(diào)節(jié)電感，以提供所需 的功率?？墒褂脕碜晕⑻幚砥骺刂频某跫夒姼衅鞯木w管和多個抽頭來切換電感。結(jié)合圖3更詳細(xì)地描述自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器電路的操作順序。在操作中，圖示系統(tǒng) 在向初級線圈14供電之前等待，直到它確定存在負(fù)載為止。這會省電，并可通過為每個感 應(yīng)供電的設(shè)備提供啟動鄰近初級線圈的簧片開關(guān)的磁鐵來實現(xiàn)。備選地，可提供用戶啟動 開關(guān)(未示出)，以使用戶可在存在感應(yīng)供電的設(shè)備時接合該電源。作為另一備選，在感應(yīng) 供電設(shè)備放入由初級線圈定位的位置時，它可配置為機(jī)械地啟動開關(guān)，以用信號通知它的 存在。作為又一備選，可去掉開關(guān)機(jī)構(gòu)，并且鎮(zhèn)流器電路可不管負(fù)載的存在而向初級線圈14 {共 ο—旦激活了電源電路，該電路就調(diào)節(jié)其頻率，以優(yōu)化加到初級線圈的電流。在以初 始電容和電感值確定了適當(dāng)?shù)牟僮黝l率之后，微處理器將鎮(zhèn)流器電路鎖定在該操作頻率， 并然后開始通過多抽頭初級線圈來循環(huán)通過可用電感值的范圍。在電感值的每個變化之 后，微處理器解鎖上述操作頻率，并允許鎮(zhèn)流器電路搜索諧振，穩(wěn)定在為初級線圈提供最佳 電流的頻率處。微處理器繼續(xù)循環(huán)通過可用電感值，直到它已確定了哪個值為初級線圈提 供最佳電流為止。在一個實施例中，漸進(jìn)的掃描過程用于確定適當(dāng)?shù)碾姼兄怠＿@是這樣實 現(xiàn)的通過用最低電感值開始掃描過程，并順序地逐步增加電感值，直到電感值的變化導(dǎo)致 加到初級線圈的電流降低為止。然后微處理器將逐步降低到獲得最大電流的一個電感值。 備選地，該掃描過程可用最高電感值開始，并順序地逐步降低電感值，直到電感值的變化導(dǎo) 致加到初級線圈的電流降低為止。然后微處理器將逐步增加到獲得最大電流的一個電感 值。作為另一個備選，微處理器可單步調(diào)試每個電感值以確定相應(yīng)電流，并在單步調(diào)試每個 值之后返回向初級線圈提供最大電流的電感值。在確定了適當(dāng)?shù)碾姼兄抵?，微處理器將電路鎖定在確定的電感值，并開始循環(huán) 通過電容值。在一個實施例中，微處理器使用漸進(jìn)掃描技術(shù)來確定為初級線圈提供最大電 流的電容。掃描過程可從最低的電容值向上進(jìn)行，或從最高的電容值向下進(jìn)行，如以上結(jié)合 電感值的掃描過程所描述的。作為漸進(jìn)掃描過程的備選，微處理器可單步調(diào)試每個電容值 以確定相應(yīng)電流，并在單步調(diào)試每個值之后返回向初級線圈提供最大電容的電容值。在該實施例中，一旦已經(jīng)確定了適當(dāng)?shù)碾姼兄?，就不允許鎮(zhèn)流器電路的頻率改變。 備選地，微處理器可被編程為允許鎮(zhèn)流器電路在電容值的每個改變之后搜索諧振。 在備選實施例中，微處理器可被編程為僅提供電源電路的電容值調(diào)節(jié)，或僅提供電感值調(diào)節(jié)。在前面的備選中，多抽頭初級線圈可由常規(guī)的單抽頭初級線圈替代，并可去掉 電感開關(guān)。在后面的備選中，電容器組可由一組電容器替代，并可去掉電容開關(guān)。在另一備 選實施例中，微處理器可被編程為在調(diào)節(jié)電感之前調(diào)節(jié)電容。 如上所述，本發(fā)明并不局限于結(jié)合諧振搜索鎮(zhèn)流器使用。在其它應(yīng)用中，可將電流 傳感器結(jié)合在鎮(zhèn)流器中，以向微處理器提供輸入，該輸入表示加到初級線圈的電流。在沒有 諧振搜索鎮(zhèn)流器的操作中，微處理器將單獨循環(huán)通過各電容和電感值，以確定向初級線圈 提供最佳功率的值。在另一備選實施例中，自適應(yīng)電感鎮(zhèn)流器10可包括相位延遲電路(未示出)，該 電路允許鎮(zhèn)流器10抑制相位并控制二次幅度。該相位延遲電路可包括連接到運(yùn)算放大器 210后面的波 形器和驅(qū)動電路16的延遲線或數(shù)字信號處理器(DSP)。在圖4的框圖中示出了自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)的附加實施例，進(jìn)一步例示了 上述思想和概念。自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)由自適應(yīng)感應(yīng)電源305和遠(yuǎn)程設(shè)備307組成。眾所周知，電源310是向變換器312提供DC(直流)電的DC電源。變換器312將 DC電轉(zhuǎn)換為AC(交流)電。變換器312用作向振蕩電路314提供AC電的AC電源。振蕩電 路314感應(yīng)地耦合到遠(yuǎn)程設(shè)備307的次級繞組316。遠(yuǎn)程設(shè)備307的次級繞組316沒有磁芯。線路322指示遠(yuǎn)程設(shè)備307和自適應(yīng)感 應(yīng)電源305之間的氣隙。遠(yuǎn)程設(shè)備307具有負(fù)載320。負(fù)載320可包括可再充電設(shè)備，諸如微型電容器或可 再充電電池。備選地，負(fù)載320可以是燈、收音機(jī)，或適于每當(dāng)將遠(yuǎn)程設(shè)備307置于接近自 適應(yīng)感應(yīng)電源305時就從自適應(yīng)感應(yīng)電源305接收功率的任何其它電子設(shè)備。電路傳感器324耦合到振蕩電路314和變換器312。電路傳感器324還耦合到控 制器326。電路傳感器324提供關(guān)于自適應(yīng)感應(yīng)電源305操作參數(shù)的信息。例如，電路傳感 器324可以是用于向控制器326提供關(guān)于振蕩電路314中電流的相位、頻率和幅度的信息 的電流傳感器。控制器326可以是編程為執(zhí)行下文所述功能的大量通用微控制器中的任一個，諸 如Intel 8051或Motorola 6811，或者是那些微控制器許多變形中的任一個?？刂破?26 的芯片上可具有R0M(只讀存儲器)和RAM(隨機(jī)存取存儲器)?？刂破?26可具有用于控 制自適應(yīng)感應(yīng)電源內(nèi)各種功能的一系列模擬和數(shù)字輸出?？刂破?26連接到存儲器327。控制器326還耦合到驅(qū)動電路328。驅(qū)動電路328 調(diào)整變換器312的操作，諸如變換器312的頻率和定時?？梢远喾N不同方式構(gòu)造驅(qū)動電路 328。例如，驅(qū)動電路328可由分立元件構(gòu)成，諸如晶體管、電阻器和電容器；它可以是設(shè)計 為驅(qū)動變換器的分立集成電路；或者如果控制器326是微控制器，則它可以是控制器326的 功能部件?？刂破?26還耦合到電源310。控制器326可操控電源310的干線電壓。眾所周 知，通過改變電源310的干線電壓，也改變了變換器312的輸出幅度。最后，控制器326耦合到振蕩電路314的可變電感器330和可變電容器332?？刂?器326可以是諸如8051型微控制器的微控制器。備選地，控制器326可以是具有附加輔助 電路的微控制器?？刂破?26可修改可變電感器330的電感或可變電容器332的電容。這例如可通過接通或斷開附加的電容或電感或通過改變可變電感器330或可變電容器332的物理特性 來實現(xiàn)。通過修改可變電感器330的電感和可變電容器332的電容，可改變振蕩電路314 的諧振頻率。通過修改可變電感器330的電感或可變電容器332的電容，或二者都改變，振蕩電 路314可具有第一諧振頻率和第二諧振頻率。振蕩電路314還可具有幾個諧振頻率。本文 使用的術(shù)語“諧振頻率”指的是振蕩電路314諧振所在的頻帶。眾所周知，振蕩電路會有諧 振頻率，但將繼續(xù)在頻率范圍內(nèi)諧振?？勺冸姼衅?30可以是可控硅受控可變電感器、可壓縮可變電感器、平行疊片鐵 芯可變電感器、能夠?qū)⑦x擇固定電感器置于振蕩電路314中的一系列電感器和開關(guān)、或任 何其它可控的可變電感器。可變電容器332可以是開關(guān)電容器陣列、能夠?qū)⑦x擇固定電容 器置于振蕩電路314中的一系列固定電容器和開關(guān)、或任何其它可控的可變電容器。振蕩電路314還包括初級繞組334。分別示出了初級繞組334和可變電感器330。 備選地，可將初級繞組334和可變電感器330組合在一個單元中。振蕩電路314被顯示為一系列諧振振蕩電路。也可使用并聯(lián)諧振振蕩電路。圖5A和5B示出了顯示圖4所示自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)感應(yīng)電源 305操作的流程圖。當(dāng)開啟(步驟400)時，控制器326通過設(shè)置可變電感器330的電感和可變電容器 332的電容來初始化振蕩電路314的諧振頻率，以使該振蕩電路314以預(yù)先選擇的初始諧振 頻率操作，步驟402?？刂破?26初始化驅(qū)動電路328，以操作在具有預(yù)先選擇的相位偏移 的預(yù)先選擇的頻率?？刂破?26初始化電源310，以操作在預(yù)定的干線電壓，步驟402。為了省電，在最初為自適應(yīng)感應(yīng)電源305提供能量時，可將自適應(yīng)感應(yīng)電源305初 始化為以非常低的電平供電。備選地，可將自適應(yīng)感應(yīng)電源305初始化為以適應(yīng)某些通用 遠(yuǎn)程設(shè)備的較適中的電平供電。然后，控制器326設(shè)置操作參數(shù)的標(biāo)稱范圍，步驟404。電源的操作參數(shù)是整個系 統(tǒng)電流和電壓的各種測量。例如，峰-峰變換器電壓、流經(jīng)初級繞組的RMS電流以及流經(jīng)初 級繞組的電流的相位偏移都是操作參數(shù)。例如，操作范圍可包括變換器電壓和電壓電流之 間的相位偏移范圍、電流幅度范圍以及變換器輸出電壓的范圍。作為另一個例子，操作范圍 可以是5伏至5. 3伏的變換器電壓，其中電流相位偏移不過20度，而電流幅度在1/2-1安 培之間。標(biāo)稱范圍是操作參數(shù)的可能值的可接受范圍。如果操作參數(shù)不在標(biāo)稱范圍內(nèi)，則 電源不有效操作。返回圖5，然后系統(tǒng)空閑，步驟406?？刂破?26連續(xù)監(jiān)控自適應(yīng)感應(yīng)電源305的 操作參數(shù)。如果這些操作參數(shù)落入標(biāo)稱范圍內(nèi)，則電路繼續(xù)空閑，步驟408。在將遠(yuǎn)程設(shè)備307置于初級繞組334附近時，則從自適應(yīng)感應(yīng)電源305獲取功率。 結(jié)果，操作參數(shù)改變。如果這些操作參數(shù)落在標(biāo)稱范圍以外，則控制器326重新配置自適應(yīng) 感應(yīng)電源305。如果自適應(yīng)感應(yīng)電源305具有初始低功率設(shè)置，則自適應(yīng)感應(yīng)電源305將因此檢 測遠(yuǎn)程設(shè)備的存在，并自動將功率提高到更適中的水平。顯然，可由超出標(biāo)稱范圍的一個操作參數(shù)來觸發(fā)自適應(yīng)感應(yīng)電源305的重新配置，或可由超出標(biāo)稱范圍的操作參數(shù)的組合來觸發(fā)自適應(yīng)感應(yīng)電源305的重新配置。僅監(jiān) 控流過初級繞組的電流的相位是符合要求的。然而，可以容易地想到一起測量和加權(quán)其它 操作參數(shù)的各種增強(qiáng)。首先，控制器326使驅(qū)動電路328改變變換器312的占空比，步驟410。改變變換 器312的占空比，并將改變的占空比存儲在存儲器327中。再次測量操作參數(shù)。步驟412。如果這些操作參數(shù)仍在標(biāo)稱范圍以外，則檢驗“最 佳已知設(shè)置”標(biāo)志，步驟414。下面討論“最佳已知設(shè)置”標(biāo)志。如果沒設(shè)置“最佳已知設(shè)置標(biāo)志”，則控制器326確定是否可調(diào)節(jié)變換器頻率，以 及該變換器頻率是否仍可維持振蕩電路314內(nèi)的諧振，步驟418。控制器326首先找到振蕩 電路314的最大和最小諧振頻率?？勺冸姼衅?30和可變電容器332的任何特定配置的振蕩電路314的最大和最小 諧振頻率可存儲在存儲器327中。在備選方案中，可根據(jù)初級繞組334的電感、可變電感器 330的電感以及可變電容器332的電容來計算振蕩電路314的最大和最小諧振頻率。然后 控制器326將振蕩電路314的最大和最小諧振頻率與變換器312的當(dāng)前操作頻率相比較。如果可能，則控制器326使驅(qū)動電路328調(diào)節(jié)變換器頻率，并將新的變換器頻率存 儲在存儲器327中，步驟420。電路返回空閑狀態(tài)，步驟406。如果變換器頻率不能被調(diào)節(jié) 在振蕩電路314當(dāng)前配置的諧振頻率內(nèi)，則控制器326確定是否可修改振蕩電路314的配 置，步驟422。如果可修改，則控制器326將當(dāng)前頻率、占空比、干線電壓、振蕩電路配置和操作 參數(shù)存儲在存儲器327中，步驟424。然后它調(diào)節(jié)振蕩電路諧振頻率，步驟426。通過改變 可變電感器330的電感和可變電容器332的電容，來實現(xiàn)振蕩電路諧振頻率的調(diào)節(jié)。然后可改變干線電壓，步驟428。由于已經(jīng)改變了振蕩電路314的諧振頻率，因此 計算或從存儲器327加載操作參數(shù)的新標(biāo)稱范圍，步驟430。然后電源返回空閑狀態(tài)，步驟 406。如果不能進(jìn)一步修改振蕩電路314的配置，則控制器326尋找最佳優(yōu)先配置，步驟 432?？刂破?26比較之前存儲的參數(shù)，并選擇最佳配置。在選擇最佳配置之后，控制器326從該配置的存儲器中檢索自適應(yīng)感應(yīng)電源305 的各種設(shè)置，步驟433。然后控制器326通過設(shè)置可調(diào)電感器30的電感和可調(diào)電容器32的 電容來設(shè)置振蕩電路314的配置，步驟434。然后控制器326設(shè)置變換器312的頻率，步驟 436。然后控制器326設(shè)置變換器312的占空比，步驟438。控制器326設(shè)置電源310的干 線電壓，步驟440。然后控制器326將期望的操作參數(shù)存儲在存儲器327中，步驟442。備選地，控制 器326可設(shè)置到存儲器327中期望操作參數(shù)的指針。然后控制器326設(shè)置“最佳已知設(shè)置” 標(biāo)志，步驟444。然后電源返回空閑狀態(tài)，步驟406。“最佳已知設(shè)置”標(biāo)志向控制器326指 示自適應(yīng)感應(yīng)電源305使用的當(dāng)前設(shè)置是最佳可用的。
如果設(shè)置“最佳已知設(shè)置”標(biāo)志，則即使操作參數(shù)在標(biāo)稱范圍之外系統(tǒng)也操作在其 最佳設(shè)置。對變換器頻率、諧振電路頻率、變換器占空比或干線電壓的進(jìn)一步改變將不會導(dǎo) 致對系統(tǒng)的任何改進(jìn)。設(shè)置了“最佳已知設(shè)置”標(biāo)志，系統(tǒng)檢驗操作參數(shù)是否近似等于期望 的操作參數(shù)。
因此，如果設(shè)置了最佳已知設(shè)置標(biāo)志(見步驟414)，則控制器326檢驗當(dāng)前操作參 數(shù)是否與期望的操作參數(shù)近似相同，步驟446。如果相同，則對電源的進(jìn)一步調(diào)節(jié)將不會導(dǎo) 致任何改進(jìn)的性能，并因此系統(tǒng)僅僅返回空閑狀態(tài)，步驟406。另一方面，如果當(dāng)前操作參數(shù)不是近似等于期望的操作參數(shù)，則清除最佳已知設(shè) 置標(biāo)志，步驟448。重新配置自適應(yīng)感應(yīng)電源305的過程繼續(xù)，步驟422。描述的自適應(yīng)無觸點能量傳輸系統(tǒng)由此可動態(tài)地處理各種不同設(shè)備。自適應(yīng)感應(yīng) 電源305自動調(diào)節(jié)具有不同負(fù)載的不同設(shè)備，并連續(xù)地確定電源的最佳操作配置。此外，自適應(yīng)感應(yīng)電源305可對多 于一臺設(shè)備同時供電。在將新設(shè)備置于靠近自 適應(yīng)感應(yīng)電源305時，控制器326連續(xù)地調(diào)節(jié)自適應(yīng)感應(yīng)電源305的操作參數(shù)，以維持效 率。這允許一個電源為大量不同設(shè)備供電。不必將這些設(shè)備置于緊鄰自適應(yīng)感應(yīng)電源305 處。它們可與自適應(yīng)感應(yīng)電源305隔開不同的距離。例如，可以構(gòu)造這樣的電源通過該電 源，密封光被疊加在自適應(yīng)感應(yīng)電源305附近，并且即使每道光距自適應(yīng)感應(yīng)電源305的距 離不同，但是每道光也都會發(fā)光。以上描述是優(yōu)選實施例。在不脫離所附權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的精神和更寬 方面的前提下，可進(jìn)行各種更改和改變，將根據(jù)包含等效學(xué)說的專利法原則來解釋所附權(quán) 利要求書。以單數(shù)對權(quán)利要求元件的任何引用，例如使用冠詞“一個”、“該”或“所述”，都不 應(yīng)解釋為將該元件限制為單數(shù)。
權(quán)利要求
一種用于無線地為遠(yuǎn)程設(shè)備供電的無觸點電源，包括具有用于通過感應(yīng)耦合把功率傳送給所述遠(yuǎn)程設(shè)備的初級側(cè)的振蕩電路，該振蕩電路具有一種諧振頻率；用于將干線電壓的功率施加給所述振蕩電路的電路，該電路以一種工作頻率和一種占空比施加該功率；與該電路耦合的控制器，該控制器被配置用于改變所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述功率的所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電壓中的至少一種；以及與所述振蕩電路耦合的抑制電路，該抑制電路用于抑制所述功率。
2.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，其中該控制器被配置用于改變所述振蕩電路的所 述諧振頻率、所述功率的所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電 壓中的至少兩種。
3.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，其中該控制器被配置用于改變所述振蕩電路的所 述諧振頻率、所述功率的所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的無觸點電源，其中所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述功率的 所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電壓中的所述至少兩種被進(jìn) 一步確定為所述功率的所述工作頻率含和所述功率的所述干線電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的無觸點電源，其中所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述功率的 所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電壓中的所述至少兩種被進(jìn) 一步確定為所述功率的所述工作頻率含和所述功率的所述占空比。
6.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，還包括與所述振蕩電路和所述控制器耦合的電路 傳感器，該電路傳感器為所述控制器提供一個指示所述振蕩電路內(nèi)的功率特性的輸入；以 及其中所述控制器被配置用于根據(jù)所述指示所述諧振電路內(nèi)的功率特性的輸入來改變所 述振蕩電路的所述諧振頻率、所述功率的所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功 率的所述干線電壓中的至少兩種。
7.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，其中所述控制器包括位于一個適于執(zhí)行數(shù)字信號 處理的微控制器內(nèi)的所述抑制電路。
8.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，其中所述抑制電路被配置成插入一個延遲以抑制 所述功率。
9.如權(quán)利要求8所述的無觸點電源，其中所述延遲改變電流和電壓之間的相移。
10.如權(quán)利要求9所述的無觸點電源，其中所述電流是變換器電流，所述電壓是變換器 電壓。
11.如權(quán)利要求8所述的無觸點電源，其中所述抑制電路包括數(shù)字信號處理器來插入 所述延遲。
12.如權(quán)利要求1所述的無觸點電源，其中所述抑制電路被配置成通過抑制相位來抑 制所述功率，所述的抑制相位影響二次幅度。
13.一種無觸點電源系統(tǒng)，包括具有至少一個工作參數(shù)的感應(yīng)電源，所述感應(yīng)電源具有一種諧振頻率、一種工作頻率、一種干線電壓和一種占空比；遠(yuǎn)程設(shè)備，當(dāng)充分地接近于所述感應(yīng)電源時，該遠(yuǎn)程設(shè)備能通過感應(yīng)耦合從所述電源 感應(yīng)地接收功率，而且當(dāng)充分地接近于所述感應(yīng)電源時，該遠(yuǎn)程設(shè)備能影響所述工作參數(shù)； 且所述電源包括具有用于通過感應(yīng)把功率傳送給所述遠(yuǎn)程設(shè)備的初級側(cè)的振蕩電路，以及 連續(xù)地監(jiān)視所述電源的所述工作參數(shù)的控制器，該控制器在所述工作參數(shù)超過標(biāo)稱范 圍重新配置所述電源，所述控制器被編程為通過調(diào)整所述諧振頻率、所述工作頻率、所述干 線電壓和所述占空比中的至少兩種來重新配置電源。
14.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，還包括與所述諧振電路和所述控制器耦合 的電路傳感器，該電路傳感器為所述控制器提供一個指示所述諧振電路內(nèi)的功率特性的輸 入；以及其中所述控制器被配置用于根據(jù)所述指示所述諧振電路內(nèi)的功率特性的輸入來改 變所述電源的諧振頻率的干線電壓、所述電源的工作頻率、所述電源的占空比和所述電源 的干線電壓中的至少兩種。
15.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為改變所述諧振頻 率的干線電壓、所述工作頻率、所述占空比和所述干線電壓中的至少三種。
16.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為改變所述諧振頻 率、所述工作頻率、所述干線電壓和所述占空比。
17.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，其中所述諧振頻率、所述工作頻率、所述占 空比和所述干線電壓中的至少兩種被進(jìn)一步確定為所述工作頻率和所述干線電壓。
18.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，其中所述諧振頻率、所述工作頻率、所述占 空比和所述干線電壓中的至少兩種被進(jìn)一步確定為所述工作頻率和所述占空比。
19.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，還包括與所述控制器耦合的電路傳感器， 該電路傳感器為所述控制器提供一個指示所述電源內(nèi)的功率特性的輸入；以及其中所述控 制器被配置用于根據(jù)所述的輸入來改變所述諧振頻率、所述工作頻率、所述占空比和所述 干線電壓中的至少兩種。
20.如權(quán)利要求13所述的無觸點電源系統(tǒng)，其中所述電路傳感器是電流傳感器。
21.一種為遠(yuǎn)程設(shè)備操作感應(yīng)電源的方法，該方法包括以下步驟 給所述感應(yīng)電源內(nèi)的振蕩電路施加功率；在所述感應(yīng)電源和所述遠(yuǎn)程設(shè)備之間建立感應(yīng)耦合； 在建立感應(yīng)耦合之后監(jiān)視所述感應(yīng)電源的至少一個工作參數(shù)； 基于所述監(jiān)視步驟，通過以下方式來重新配置所述感應(yīng)電源 調(diào)整所述電源的第一特性，該第一特性是振蕩電路的諧振頻率、施加給所述振蕩電路 的功率的工作頻率、施加給所述振蕩電路的功率的干線電壓和施加給所述振蕩電路的功率 的占空比中的一種，以及調(diào)整所述電源的第二特性，該第二特性是所述振蕩電路的諧振頻率或施加給所述振蕩 電路的功率的干線電壓中的一種，并且不同于所述第一特性。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述的監(jiān)視步驟被進(jìn)一步確定為檢測所述電源內(nèi) 的功率特性。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述檢測步驟被進(jìn)一步確定為檢測所述振蕩電路 內(nèi)的電流或檢測電壓和電流之間的相移。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述調(diào)整第一特性被進(jìn)一步確定為調(diào)整被施加給 所述電源的功率的工作頻率。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述調(diào)整第二特性被進(jìn)一步確定為調(diào)整被施加給 所述振蕩電路的功率的干線電壓。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述調(diào)整第一特性被進(jìn)一步確定為重復(fù)地調(diào)整所 述第一特性直到所述第一特性處于最佳的已知設(shè)置。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述調(diào)整第二特性被進(jìn)一步確定為重復(fù)地調(diào)整所 述第二特性直到所述第二特性處于最佳的已知設(shè)置。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述重新配置所述感應(yīng)電源的步驟還包括 調(diào)整所述電源的第三特性，該第三特性是振蕩電路的諧振頻率、施加給所述振蕩電路的功率的工作頻率、施加給所述振蕩電路的功率的干線電壓、或施加給所述振蕩電路的功 率的占空比中的一種，并且不同于所述第一特性和第二特性。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述重新配置所述感應(yīng)電源的步驟還包括 調(diào)整所述電源的第四特性，該第四特性是振蕩電路的諧振頻率、施加給所述振蕩電路的功率的工作頻率、施加給所述振蕩電路的功率的干線電壓、或施加給所述振蕩電路的功 率的占空比中的一種，并且不同于所述第一特性、第二特性和第三特性。
30.一種用于控制感應(yīng)電源系統(tǒng)的操作的方法，包括以下步驟在感應(yīng)電源和遠(yuǎn)程設(shè)備之間建立感應(yīng)耦合，所述感應(yīng)電源具有控制器和振蕩電路； 當(dāng)所述遠(yuǎn)程設(shè)備與所述感應(yīng)電源進(jìn)行感應(yīng)耦合時調(diào)整所述感應(yīng)電源的諧振頻率，所述 調(diào)整諧振頻率包括利用控制器調(diào)整所述振蕩電路的可變電容或可變電感中的至少一種；調(diào)整所述感應(yīng)電源的工作頻率、所述感應(yīng)電源的占空比和所述感應(yīng)電源的干線電壓中 的至少一種，其中調(diào)整所述感應(yīng)電源的工作頻率和調(diào)整所述感應(yīng)電源的占空比均包括利用 控制器調(diào)整驅(qū)動電路；以及在所述感應(yīng)電源操作期間，重復(fù)所述的調(diào)整所述感應(yīng)電源的工作頻率、所述感應(yīng)電源 的占空比和所述感應(yīng)電源的干線電壓中的至少一種的步驟。
31.一種用于為遠(yuǎn)程設(shè)備供電的感應(yīng)電源，所述遠(yuǎn)程設(shè)備可選擇性地被放置到感應(yīng)電 源附近以便無線地從感應(yīng)電源接收功率，包括具有用于通過感應(yīng)耦合無線地把功率傳送給所述遠(yuǎn)程設(shè)備的初級側(cè)的振蕩電路，所述 振蕩電路具有一種諧振頻率；把功率施加給所述振蕩電路的變換器，所述變換器以一種工作頻率和占空比把功率施 加給所述振蕩電路；與所述變換器耦合的DC電源，用于給所述變換器供給DC功率，所述DC電源具有一種 干線電壓；與所述變換器耦合的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路支配所述工作頻率和所述占空比；以及 動態(tài)地重新配置所述感應(yīng)電源的控制器，所述控制器被配置成監(jiān)視所述感應(yīng)電源的至 少一種工作特性，所述控制器被配置為改變所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述變換器的 所述工作頻率、所述變換器的所述占空比和所述DC電源的所述干線電壓中的一種，所述控制器還被配置成根據(jù)所述至少一種工作特性來改變所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述變 換器的所述工作頻率、所述變換器的所述占空比和所述DC電源的所述干線電壓中的另一 種。
32.如權(quán)利要求31所述的感應(yīng)電源，其中所述控制器被配置成監(jiān)視所述感應(yīng)電源的至 少一種工作特性，以便確定所述感應(yīng)電源是否有效地操作，所述控制器還被配置成在確定 所述感應(yīng)電源未有效操作時重新配置所述感應(yīng)電源。
33.如權(quán)利要求31所述的感應(yīng)電源，其中所述控制器被配置成監(jiān)視所述感應(yīng)電源的至 少一種工作特性，以便確定所述感應(yīng)電源是否有效地操作，所述控制器 還被配置成在確定 所述感應(yīng)電源未有效操作時重新配置所述感應(yīng)電源。
34.如權(quán)利要求31所述的感應(yīng)電源，其中所述控制器被配置成搜索最有效的感應(yīng)電源 配置，以便通過重復(fù)地改變所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述變換器的所述工作頻率、所 述變換器的所述占空比和所述DC電源的所述干線電壓中的一種進(jìn)行重復(fù)地重新配置所述 感應(yīng)電源，來把功率傳送給所述遠(yuǎn)程設(shè)備。
35.一種為遠(yuǎn)程設(shè)備操作感應(yīng)電源的方法，該方法包括以下步驟 給所述感應(yīng)電源內(nèi)的振蕩電路施加功率；在所述感應(yīng)電源和所述遠(yuǎn)程設(shè)備之間建立感應(yīng)耦合； 在建立感應(yīng)耦合之后監(jiān)視所述感應(yīng)電源的至少一個工作參數(shù)； 基于所述監(jiān)視步驟，通過調(diào)整振蕩電路的諧振頻率、施加給所述振蕩電路的功率的工 作頻率、施加給所述振蕩電路的功率的干線電壓和施加給所述振蕩電路的功率的占空比中 的至少一種來配置所述感應(yīng)電源以及 抑制被施加給所述振蕩電路的功率。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述抑制包括抑制相位以便控制二次幅度。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述抑制包括相位延遲。
38.一種無觸點電源，用于將功率傳送給與該無觸點電源隔開的二次側(cè)，包括 具有通過感應(yīng)耦合把功率傳送給二次側(cè)的一次側(cè)的振蕩電路；與所述振蕩電路耦合的變換器，所述變換器將功率施加給所述振蕩電路；以及 與所述變換器耦合的電路，該電路適于抑制相位。
39.如權(quán)利要求38所述的無觸點電源，其中所述電路包括數(shù)字信號處理器，用于控制 延遲以便抑制相位。
40.如權(quán)利要求38所述的無觸點電源，其中所述相位抑制影響二次幅度。
41.如權(quán)利要求38所述的無觸點電源，還包括與所述振蕩電路耦合并適于測量所述無觸點電源工作參數(shù)的傳感器； 與所述電路耦合并適于控制所述的給所述一次側(cè)供電的變換器的控制電路，所述控制 電路與所述傳感器耦合并適于連續(xù)地監(jiān)視所述工作參數(shù)，其中所述控制電路從所述傳感器 連續(xù)地監(jiān)視所述工作參數(shù)。
42.如權(quán)利要求41所述的無觸點電源，其中所述工作參數(shù)包括所述振蕩電路內(nèi)的電流 和電流與電壓之間的相移。
43.如權(quán)利要求42所述的無觸點電源，其中所述電流是變換器電流，所述電壓是變換 器電壓。
全文摘要
一種自適應(yīng)感應(yīng)電源，具有用于通過感應(yīng)耦合把功率傳送給所述遠(yuǎn)程設(shè)備的初級側(cè)的振蕩電路，該振蕩電路具有一種諧振頻率；用于將干線電壓的功率施加給所述振蕩電路的電路，該電路以一種工作頻率和一種占空比施加該功率；與該電路耦合的控制器，該控制器被配置用于改變所述振蕩電路的所述諧振頻率、所述功率的所述工作頻率、所述功率的所述占空比和所述功率的所述干線電壓中的至少一種；以及與所述振蕩電路耦合的抑制電路，該抑制電路用于抑制所述功率。
文檔編號H02M3/335GK101951036SQ20101027581
公開日2011年1月19日 申請日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月4日
發(fā)明者D·W·巴曼 申請人:通達(dá)商業(yè)集團(tuán)國際公司