專利名稱：基于電力傳輸效率的諧振功率傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及無線電力傳輸。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)諧振功率傳輸系統(tǒng)可包括源裝置和目標(biāo)裝置。源裝置可發(fā)送諧振功率，目標(biāo)裝置可接收所述諧振功率。諧振功率可從源裝置無線地傳送到目標(biāo)裝置。由于無線環(huán)境的特性，當(dāng)將被充電的裝置的數(shù)量增加時(shí)，電力傳輸效率可降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，一種諧振功率發(fā)送器可包括電壓控制器，構(gòu)造為接收第一頻帶的交流AC信號的輸入并輸出預(yù)定電平的直流DC電壓；功率轉(zhuǎn)換器，構(gòu)造為通過第二頻帶的切換脈沖信號將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC功率；源諧振器，構(gòu)造為將AC功率傳送到一個或多個諧振功率接收器；源控制器，構(gòu)造為基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。源控制器可構(gòu)造為基于諧振功率接收器的數(shù)量離散地控制DC電壓的信號電平。源控制器可構(gòu)造為基于源諧振器和所述一個或多個諧振功率接收器之間的距離控制DC電壓的信號電平。源控制器可構(gòu)造為基于連接到所述一個或多個諧振功率接收器的負(fù)載的充電狀態(tài)控制DC電壓的信號電平。當(dāng)反射功率的量增加時(shí)，源控制器可構(gòu)造為減小DC電壓的信號電平，當(dāng)射功率的量減小時(shí)，源控制器可構(gòu)造為增加DC電壓的信號電平。所述諧振功率發(fā)送器還可包括通信單元，構(gòu)造為從一個或多個諧振功率接收器接收標(biāo)識符ID，其中，源控制器構(gòu)造為基于接收的ID識別諧振功率接收器的數(shù)量。第二頻率帶的范圍可從2MHz至20MHz。當(dāng)諧振功率接收器的數(shù)量保持不變，并且反射功率的量改變時(shí)，源控制器可構(gòu)造為改變DC電壓的信號電平。根據(jù)另一方面，一種在諧振功率發(fā)送器中控制功率轉(zhuǎn)換的方法可包括識別諧振功率接收器的數(shù)量；測量與諧振功率相應(yīng)的反射功率；基于測量的反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量，控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓?？苫谥C振功率接收器的數(shù)量離散地控制電壓?？刂撇襟E可包括當(dāng)反射功率的量增加時(shí)減小電壓，并且當(dāng)反射功率的量減小時(shí)增加電壓?？刂撇襟E可包括當(dāng)諧振功率接收器的數(shù)量保持不變，并且反射功率的量改變時(shí)，線性地控制電壓。供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓可以是直流(DC)電壓。識別諧振功率接收器的數(shù)量的步驟可包括從一個或多個諧振功率接收器接收標(biāo)識符(ID)。諧振功率可被發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器。根據(jù)另一方面，一種構(gòu)造為將諧振功率發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器的諧振功率發(fā)送器可包括電壓控制器，構(gòu)造為接收輸入信號并輸出預(yù)定電平的電壓；源控制器，構(gòu)造為基于諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。源控制器可構(gòu)造為基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平?？赏ㄟ^從一個或多個諧振功率接收器接收標(biāo)識符(ID)來確定諧振功率接收器的數(shù)量。根據(jù)另一方面，一種在構(gòu)造為將諧振功率發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器的諧振功率發(fā)送其中控制功率轉(zhuǎn)換的方法可包括識別諧振功率接收器的數(shù)量；基于諧振功率接收器的數(shù)量控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓。可基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓。從以下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求，其他特點(diǎn)和方面可以是明顯的。


圖1示出無線電力傳輸系統(tǒng)的示圖。圖2是示出對多個電子裝置進(jìn)行充電的示圖。圖3是示出諧振功率發(fā)送器的框圖。圖4是示出諧振功率接收器的框圖。圖5是示出離散地控制從電壓控制器輸出的直流(DC)電壓的側(cè)示圖。圖6是示出線性地控制從電壓控制器輸出地DC電壓的側(cè)示圖。圖7是示出諧振功率發(fā)送器的輸出功率與電力傳輸效率之間的關(guān)系的示圖。圖8是示出諧振功率發(fā)送器的輸出功率與電力傳輸效率之間的另一關(guān)系的示圖。圖9示出具有二維(2D)結(jié)構(gòu)的諧振器結(jié)構(gòu)。圖10示出具有三維(3D)結(jié)構(gòu)的諧振器結(jié)構(gòu)。圖11示出構(gòu)造為大體積類型(bulky type)的用于無線電力傳輸?shù)闹C振器。圖12示出構(gòu)造為空心類型(hollow type)的用于無線電力傳輸?shù)闹C振器。圖13示出使用平行板配置的用于無線電力傳輸?shù)闹C振器。圖14示出包括分布式電容器的用于無線電力傳輸?shù)闹C振器。圖15示出在圖9的諧振器中使用的匹配器，圖16示出在圖10的諧振器中使用的匹配器的示例。圖17是示出圖9的無線電力發(fā)送的諧振器的一個等效電路的示圖。在所有的附圖和詳細(xì)描述中，除非另外描述，否則相同的附圖標(biāo)號應(yīng)該被理解為指示相同的元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清晰、說明和方便，可能夸大這些元件的相對大小和描述。
具體實(shí)施例方式提供以下詳細(xì)描述以幫助讀者全面理解這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)。因此，這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等同物可被推薦給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。描述的處理操作的進(jìn)行是一個示例；然而，操作的順序不限于這里闡述的順序，而可以如本領(lǐng)域已知的那樣改變，除非操作必須以特定順序發(fā)生。此外，為了增加清晰和簡明，可省略公知功能和結(jié)構(gòu)的描述。圖1示出無線電力傳輸系統(tǒng)。在一個或多個實(shí)施例中，發(fā)送的無線電力可以是諧振功率。如圖1所示，無線電力傳輸系統(tǒng)可具有包括源和目標(biāo)的源-目標(biāo)結(jié)構(gòu)。例如，無線電力傳輸系統(tǒng)可包括與源相應(yīng)的諧振功率發(fā)送器110和與目標(biāo)相應(yīng)的諧振功率接收器120。諧振功率發(fā)送器110可包括例如源單元111和源諧振器115。源單元111可構(gòu)造為從外部電壓提供器接收能量以產(chǎn)生諧振功率。在一些情況下，諧振功率發(fā)送器110還可包括用于執(zhí)行諸如諧振頻率和/或阻抗匹配功能的匹配控制器113。源單元111可包括交流(AC) -AC (AC/AC)轉(zhuǎn)換器、AC-直流(DC) (AC/DC)轉(zhuǎn)換器、DC-AC(DC/AC)逆變器。AC/AC轉(zhuǎn)換器可構(gòu)造為將從外部裝置輸入的AC信號的信號電平調(diào)節(jié)到期望的電平。AC/DC轉(zhuǎn)換器可通過對從AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的AC信號整流來輸出預(yù)定電平的DC電壓。DC/AC逆變器可構(gòu)造為通過快速地切換從AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電壓來產(chǎn)生(例如幾兆赫茲(MHz)到幾十MHz頻帶的)AC信號。AC電的其他頻率也是可用的。匹配控制器113可構(gòu)造為設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬和/或源諧振器115的阻抗匹配頻率。在一些實(shí)施方式中，匹配控制器113可包括源諧振帶寬設(shè)置單元和/或源匹配頻率設(shè)置單元。源諧振帶寬設(shè)置單元可設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬。源匹配頻率設(shè)置單元可設(shè)置源諧振器115的阻抗匹配頻率。例如，可基于源諧振器115的諧振帶寬的設(shè)置或源諧振器115的阻抗匹配頻率的設(shè)置來確定源諧振器115的Q因數(shù)。源諧振器115可構(gòu)造為將電磁能傳送到目標(biāo)諧振器121。例如，源諧振器115可通過與目標(biāo)諧振器121的磁耦合101將諧振功率傳送到諧振功率接收器120。因此，源諧振器115可構(gòu)造為在設(shè)置的諧振帶寬中諧振。如圖所示，諧振功率接收器120可包括例如目標(biāo)諧振器121、執(zhí)行諧振頻率和/或阻抗匹配的匹配控制器123以及將接收的諧振功率傳送到裝置或負(fù)載的目標(biāo)單元125。目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為從源諧振器115接收電磁能。目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為在設(shè)置的諧振帶寬中諧振。匹配控制器123可設(shè)置目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬和/或目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率。在一些情況下，匹配控制器123可包括目標(biāo)諧振帶寬設(shè)置單元和/或目標(biāo)匹配頻率設(shè)置單元。目標(biāo)諧振帶寬設(shè)置單元可構(gòu)造為設(shè)置目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬。目標(biāo)匹配頻率設(shè)置單元可設(shè)置目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率。例如，可基于目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬的設(shè)置或目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率的設(shè)置來確定目標(biāo)諧振器121的Q因數(shù)。目標(biāo)單元125可構(gòu)造為將接收的諧振功率傳送到負(fù)載。目標(biāo)單元125可包括例如AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器。AC/DC轉(zhuǎn)換器可通過對從源諧振器115發(fā)送到目標(biāo)諧振器121的AC信號整流來產(chǎn)生DC電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器可通過調(diào)節(jié)DC電壓的電壓電平來將額定電壓供應(yīng)給裝置或負(fù)載。在一個或多個實(shí)施例中，源諧振器115和目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為例如螺旋(helix)線圈結(jié)構(gòu)的諧振器、螺旋形(spiral)線圈結(jié)構(gòu)的諧振器、元結(jié)構(gòu)(meta-structured)的諧振器等。參照圖1，控制Q因數(shù)可包括設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬和目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬；以及通過源諧振器115和目標(biāo)諧振器121之間的磁耦合101將電磁能從源諧振器115傳送到目標(biāo)諧振器121。在一些情況下，源諧振器115的諧振帶寬可被設(shè)置為比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬寬或者比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬窄。例如，可通過將源諧振器115的諧振帶寬設(shè)置為比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬寬或窄，來保持源諧振器115的BW因數(shù)與目標(biāo)諧振器121的BW因數(shù)之間的不平衡關(guān)系。對于采用諧振方案的無線電力傳輸，諧振帶寬可能是重要的因素。當(dāng)Q因數(shù)(例如，考慮到源諧振器115和目標(biāo)諧振器121之間的距離的改變、諧振阻抗的改變、阻抗不匹配、反射信號等)被表示為Qt時(shí)，如等式I所示，Qt可具有與諧振帶寬成反比的關(guān)系。[等式I]
權(quán)利要求
1.一種諧振功率發(fā)送器，包括 電壓控制器，構(gòu)造為接收第一頻帶的交流AC信號的輸入并輸出預(yù)定電平的直流DC電壓； 功率轉(zhuǎn)換器，構(gòu)造為通過第二頻帶的切換脈沖信號將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC功率； 源諧振器，構(gòu)造為將AC功率傳送到一個或多個諧振功率接收器； 源控制器，構(gòu)造為基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，源控制器構(gòu)造為基于諧振功率接收器的數(shù)量離散地控制DC電壓的信號電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，源控制器構(gòu)造為基于源諧振器和所述一個或多個諧振功率接收器之間的距離控制DC電壓的信號電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，源控制器構(gòu)造為基于連接到所述一個或多個諧振功率接收器的負(fù)載的充電狀態(tài)控制DC電壓的信號電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，當(dāng)反射功率的量增加時(shí)，源控制器構(gòu)造為減小DC電壓的信號電平，當(dāng)反射功率的量減小時(shí)，源控制器構(gòu)造為增加DC電壓的信號電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，還包括 通信單元，構(gòu)造為接收每一個諧振功率接收器的標(biāo)識符ID， 其中，源控制器構(gòu)造為基于接收的ID識別諧振功率接收器的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，第二頻率帶的范圍是從2MHz至20MHz ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振功率發(fā)送器，其中，當(dāng)諧振功率接收器的數(shù)量保持不變，并且反射功率的量改變時(shí)，源控制器構(gòu)造為改變DC電壓的信號電平。
9.一種在諧振功率發(fā)送器中控制功率轉(zhuǎn)換的方法，所述方法包括 識別諧振功率接收器的數(shù)量； 測量與諧振功率相應(yīng)的反射功率； 基于測量的反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量，控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，基于諧振功率接收器的數(shù)量離散地控制電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，控制步驟包括當(dāng)反射功率的量增加時(shí)減小電壓，并且當(dāng)反射功率的量減小時(shí)增加電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，控制步驟包括當(dāng)諧振功率接收器的數(shù)量保持不變，并且反射功率的量改變時(shí)，線性地控制電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓是DC電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，識別諧振功率接收器的數(shù)量的步驟包括從一個或多個諧振功率接收器接收標(biāo)識符ID。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，諧振功率被發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器。
16.一種構(gòu)造為將諧振功率發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器的諧振功率發(fā)送器，所述諧振功率發(fā)送器包括 電壓控制器，構(gòu)造為接收輸入信號并輸出預(yù)定電平的電壓；源控制器，構(gòu)造為基于諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的諧振功率發(fā)送器，其中，源控制器構(gòu)造為基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的諧振功率發(fā)送器，其中，通過從一個或多個諧振功率接收器接收標(biāo)識符ID來確定諧振功率接收器的數(shù)量。
19.一種在構(gòu)造為將諧振功率發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器的諧振功率發(fā)送器中控制功率轉(zhuǎn)換的方法，所述方法包括 識別諧振功率接收器的數(shù)量； 基于諧振功率接收器的數(shù)量控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，基于反射功率和諧振功率接收器的數(shù)量控制供應(yīng)給功率轉(zhuǎn)換器的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于基于電力傳輸效率控制功率轉(zhuǎn)換器的供應(yīng)電壓的諧振功率傳輸系統(tǒng)。根據(jù)一方面，一種構(gòu)造為將諧振功率發(fā)送到一個或多個諧振功率接收器的諧振功率發(fā)送器可包括電壓控制器，構(gòu)造為接收輸入信號并輸出預(yù)定電平的電壓；源控制器，構(gòu)造為基于諧振功率接收器的數(shù)量控制DC電壓的信號電平。
文檔編號H02J17/00GK103069688SQ201180041363
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者崔真誠, 權(quán)相旭, 樸允權(quán), 樸垠錫, 洪榮澤, 柳榮顥, 金南倫, 金東照 申請人:三星電子株式會社