技術領域

下面的描述涉及一種以非接觸式的方式發(fā)送電力的非接觸式電力傳輸設備。

背景技術：

最近，隨著無線充電技術已被實施在智能電話內，無線充電的市場已經顯露出來。然而，由于與通?？色@得快速充電的現(xiàn)有有線充電相比，無線充電具有較低的充電電力，所以除其他方面外，存在充電時間方面不利的問題。相應地，對增大無線充電的輸出功率的需要已經增長。

技術實現(xiàn)要素：

提供本發(fā)明內容以通過簡化形式介紹將在下面的具體實施方式中進一步描述的發(fā)明構思的選擇。本發(fā)明內容既不意在確定所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不意在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。

根據一個總體方面，一種非接觸式電力傳輸設備包括：電力轉換器，被構造為將輸入電力轉換為傳輸電力；電力發(fā)送器，被構造為以非接觸式的方式發(fā)送所述傳輸電力；控制器，被構造為根據所述傳輸電力的狀態(tài)來提供電力轉換控制信號，以控制所述電力轉換器的電力轉換操作，并且根據所述電力轉換控制信號來輸出輸入電力控制信號，以控制所述輸入電力的電力電平。

所述非接觸式電力傳輸設備還可包括電源，被構造為根據從所述控制器輸出的所述輸入電力控制信號來調整所述輸入電力的電力電平，并且將所述輸入電力供應到所述電力轉換器。

所述控制器還可被構造為：輸出所述電力轉換控制信號，以調整所述電力轉換器的開關頻率、所述電力轉換器的開關通斷占空比中的至少一個；并且，根據所述電力轉換器的開關頻率、所述電力轉換器的開關通斷占空比中的至少一個來輸出所述輸入電力控制信號，以調整所述電源的開關通斷占空比。

所述控制器還可被構造為根據所述電力轉換控制信號和時鐘信號或二者的組合來計算所述電力轉換器的開關頻率、所述電力轉換器的開關通斷占空比中的至少一個，并且根據計算的結果是否在參考范圍外來輸出調整所述電源的開關通斷占空比的所述輸入電力控制信號。

所述控制器還可被構造為：輸出包括第一門信號和第二門信號的所述電力轉換控制信號，并且根據所述電力轉換控制信號和時鐘信號來計算所述第一門信號和所述第二門信號的導通相位，并且根據計算的結果是否在參考范圍外來輸出所述輸入電力控制信號，以調整所述電源的開關通斷占空比。

所述控制器還可被構造為采用所述電力轉換控制信號作為所述輸入電力控制信號。

所述控制器還可被構造為將所述輸入電力控制信號發(fā)送到向所述電力轉換器供應輸入電力的外部可變適配器。

所述電力轉換器可包括全橋逆變器或半橋逆變器。

根據另一總體方面，一種非接觸式電力傳輸設備包括：電力轉換器，被構造為將輸入電力轉換為傳輸電力；電力發(fā)送器，被構造為以非接觸式的方式發(fā)送所述傳輸電力；控制器，被構造為響應于所述電力轉換器的電力轉換操作的狀態(tài)處于參考范圍之外以調整所述輸入電力的電力電平。

所述非接觸式電力傳輸設備還可包括電源，被構造為根據所述控制器的控制來調整所述輸入電力的電力電平，并且將所述輸入電力的改變后的電力電平供應到所述電力轉換器。

所述控制器還可被構造為響應于所述電力轉換操作的狀態(tài)以調整所述輸入電力的電力電平，所述電力轉換操作的狀態(tài)包括所述電力轉換器的開關頻率、所述電力轉換器的開關通斷占空比中的至少一個。

所述控制器還可被構造為根據所述電力轉換器的開關頻率、所述電力轉換器的開關通斷占空比中的至少一個是否在所述參考范圍外來調整所述輸入電力的電力電平。

所述控制器還可被構造為：將第一門信號和第二門信號提供到所述電力轉換器，以控制所述電力轉換器的電力轉換操作，并且根據所述第一門信號和所述第二門信號的導通相位是否在所述參考范圍外來調整所述輸入電力的電力電平。

所述控制器還可被構造為將用于調整所述輸入電力的電力電平的輸入電力控制信號發(fā)送到將所述輸入電力供應到所述電力轉換器的外部可變適配器。

所述電力轉器可包括全橋逆變器或半橋逆變器。

根據另一總體方面，一種無線電力傳輸設備包括：電源，被構造為響應于電源信號提供可變電力；電力轉換器，結合到所述電源，所述電力轉換器被構造為將所述可變電力轉換為傳輸電力；控制器，被構造為響應于對所述傳輸電力執(zhí)行的計算以適應性地調整所述電源的可變電力和所述電力轉換器的操作特性或二者的組合。

所述控制器可包括：處理器，被構造為相對于參考時鐘連續(xù)地計算所述電力轉換器的開關頻率；并且，響應于所計算的開關頻率以適應性地調整所述電力轉換器的占空比，以使所述開關頻率保持在預定的范圍內。

所述電力轉換器可包括開關；所述控制器可包括處理器，所述處理器被構造為：產生用于所述電力轉換器的開關的控制信號；連續(xù)地計算輸出到所述電力轉換器的所述控制信號的占空比；響應于所計算的占空比以適應性地調整所述控制信號的占空比。

所述電力轉換器可包括兩個開關；所述控制器可包括處理器，所述處理器被構造為：產生分別與所述兩個開關對應的兩個控制信號，以控制所述兩個開關；連續(xù)地計算所述控制信號之間的相位差，并且，響應于所計算的相位差以適應性地調整所述開關的占空比。

通過下面的具體實施方式、附圖和權利要求，其他特征和方面將是顯而易見的。

附圖說明

圖1是根據第一實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性框圖。

圖2是根據第二實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性框圖。

圖3是根據第三實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖4是根據第四實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖5A是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的計算的示圖，圖5B是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的控制操作的流程圖。

圖6A是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的計算的示圖。

圖6B是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的控制操作的流程圖。

圖7A是示出根據實施例的非接觸式電力傳輸設備的相位的計算的示圖，圖7B是示出根據實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的相位的控制操作的流程圖。

圖8是根據第五實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖9是根據第六實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖10是根據第七實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖11是根據第八實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

圖12是示出根據實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的控制操作的流程圖。

圖13是示出根據實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的控制操作的流程圖。

圖14是示出根據實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的相位的控制操作的流程圖。

在所有的附圖和具體實施方式中，相同的標號指示相同的元件。附圖可不按比例繪制，并且為了清楚、說明及方便起見，附圖中元件的相對尺寸、比例和描繪可被放大。

具體實施方式

提供以下具體實施方式以幫助讀者獲得對這里所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的全面理解。然而，這里所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的各種變換、修改及等同物對于本領域的普通技術人員將是顯而易見的。這里所描述的操作的順序僅僅是示例，其并不限于這里所闡述的順序，而是除了必須以特定順序發(fā)生的操作之外，可做出對本領域的普通技術人員將是顯而易見的變換。此外，為了提高清楚性和簡潔性，可省略對于本領域的普通技術人員來說公知的功能和結構的描述。

這里所描述的特征可以以不同的形式實施，并且不應被解釋為局限于這里所描述的示例。更確切的說，提供這里所描述的示例是為了使本公開將是徹底的和完整的，并將把本公開的全部范圍傳達給本領域的普通技術人員。

在整個說明書中，將理解的是，當元件(諸如，層、區(qū)域或晶圓(基板))被稱為“在”另一元件“上”、“連接到”另一元件或“結合到”另一元件時，其可直接“在”另一元件“上”、“連接到”另一元件或“結合到”另一元件，或者可存在介于它們之間的其他元件。相比之下，當元件被稱為“直接在”另一元件“上”、“直接連接到”另一元件或“直接結合到”另一元件時，不存在介于它們之間的其他元件或層。相同的標號始終指示相同的元件。如在此所使用的，術語“和/或”包括所列出的相關項的一項或更多項的任何以及全部組合。

將顯而易見的是，盡管可在此使用諸如“第一”、“第二”和“第三”等術語來描述各種構件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些構件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應受這些術語所限制。這些術語僅用于將一個構件、組件、區(qū)域、層或部分與另一構件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開。因此，在不脫離實施例的教導的情況下，下面討論的第一構件、組件、區(qū)域、層或部分可被稱為第二構件、組件、區(qū)域、層或部分。

在這里可使用諸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”等空間關系術語，以易于描述如附圖所示的一個元件與其他元件的關系。將理解的是，空間關系術語意圖除了包含在附圖中所描繪的方位之外，還包含裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉，則被描述為相對于其他元件或特征位于“上部”或“之上”的元件隨后將定位為相對于其他元件或特征位于“下部”或“之下”。因此，術語“在……之上”可根據附圖的特定方向而包括“在……之上”和“在……之下”兩種方位。所述裝置也可被另外定位(例如，旋轉90度或處于其他方位)，并可對在這里使用的空間關系描述符做出相應的解釋。

在此使用的術語僅描述具體的實施例，而本公開不受此限制。除非上下文另外清楚地指明，否則如在此所使用的單數(shù)的形式也意圖包括復數(shù)的形式。還將理解的是，當在本說明書中使用術語“包括”和/或“包含”時，列舉存在的所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、構件、元件和/或它們組成的組，但不排除存在或添加一個或更多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、構件、元件和/或它們組成的組。

在下文中，將參照示意圖描述本公開的實施例。在附圖中，例如，由于制造技術和/或公差，可估計所示出的形狀的修改。因此，本公開的實施例不應被解釋為局限于在此示出的區(qū)域的特定形狀，而是應被理解為包括例如，由制造導致的形狀上的改變。下面的實施例還可以由一個或其組合構成。

因為無線充電通常具有較低的充電電力，所以與通?？色@得快速充電的現(xiàn)有有線充電器相比，除其他問題外，存在充電時間方面不利的問題。相應地，對增大無線充電的輸出功率的需要已經增長。

除了其他方面，上面所提到的問題的原因是：通常減小無線充電的輸出電流來降低發(fā)熱問題，這導致無線充電具有比現(xiàn)有有線充電的電力轉換效率低的電力轉換效率。由于上面所提到的問題阻礙無線充電的發(fā)展，所以正在進行設法在多方面(諸如電路、材料、生產等)提高無線充電的效率的研究。

圖1是根據第一實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性框圖。

參照圖1，根據第一實施例的非接觸式電力傳輸設備100包括電力轉換器120、電力發(fā)送器130以及控制器140。

電力轉換器120被提供有通過控制器140的輸入電力控制信號來控制的輸入電力，并且用于將輸入電力轉換為傳輸電力以輸出轉換后的傳輸電力。

電力發(fā)送器130以非接觸式的方式通過諧振線圈將來自電力轉換器120的傳輸電力發(fā)送到外部電力接收器。

控制器140提供電力轉換控制信號以及提供輸入電力控制信號，所述電力轉換控制信號基于傳輸電力的狀態(tài)控制電力轉換器120的電力轉換操作，所述輸入電力控制信號基于所述電力轉換控制信號控制輸入電力的電力電平(power level)。

例如，為了提供電力接收器的要求電力或具有規(guī)定電力電平的傳輸電力，控制器140將電力轉換控制信號提供給電力轉換器120。此外，例如，為了控制電力轉換器120的電力轉換操作的狀態(tài)保持在參考范圍內，控制器140基于電力轉換控制信號來輸出輸入電力控制信號。在電力轉換器120的電力轉換操作的狀態(tài)在參考范圍之外的情況下，控制器140輸出用于改變輸入電力的電力電平的輸入電力控制信號。

圖2是根據第二實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性框圖。

參照圖2，與圖1中所示的根據第一實施例的非接觸式電力傳輸設備100相比，根據實施例的非接觸式電力傳輸設備200還包括電源210。

電源210將輸入電力供應到電力轉換器220，并且基于來自控制器240的輸入電力控制信號來改變輸入電力的電力電平。例如，控制器240基于對電力轉換器220的電力轉換操作進行控制的電力轉換控制信號，將用于控制輸入電力的電力電平的輸入電力控制信號提供給電源210。

圖3是根據第三實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖3，根據第三實施例的非接觸式電力傳輸設備300包括：電源310，具有至少一個開關Q；電力轉換器320，具有一個或更多個開關S1、S2、S3和S4；電力發(fā)送器330，具有電容器Cr和線圈Lr；控制器340。

電源310通過至少一個開關Q的開關操作將電力Vin轉換為輸入電力。電源310包括升壓轉換器和/或降壓轉換器。至少一個開關Q具有通過來自控制器340的輸入電力控制信號V_pwm而改變的占空比，以改變輸入電力的電力電平。

電力轉換器320通過一個或更多個開關S1、S2、S3和S4的開關操作而將來自電源310的輸入電力轉換為傳輸電力。一個或更多個開關S1、S2、S3和S4是第一開關S1與第四開關S4被設置在高側而第三開關S3與第二開關S2被設置在低側的全橋逆變器?？刂破?40提供電力轉換控制信號V_g1和V_g2以控制全橋逆變器S1、S2、S3和S4的開關操作。

電力轉換控制信號包括第一門(gate)信號V_g1以及第二門信號V_g2。第一門信號V_g1被傳輸?shù)降谝婚_關S1和第二開關S2，第二門信號V_g2被傳輸?shù)降谌_關S3和第四開關S4。第一門信號V_g1和第二門信號V_g2具有彼此相反的信號電平。也就是說，在第一門信號V_g1是高電平信號的情況下，第二門信號V_g2是低電平信號。相反地，在第一門信號V_g1是低電平信號的情況下，第二門信號V_g2是高電平信號。

相應地，如果第一開關S1和第二開關S2導通，則第三開關S3和第四開關S4斷開。相反地，如果第一開關S1和第二開關S2斷開，則第三開關S3和第四開關S4導通。也就是說，第一開關S1、第二開關S2與第三開關S3、第四開關S4彼此互補地進行操作。

電力發(fā)送器330包括電容器Cr以及線圈Lr，并且以非接觸方式將來自電力轉換器320的傳輸電力發(fā)送到外部電力接收器。

傳輸電力的電力狀態(tài)V_sen被傳輸?shù)娇刂破?40，控制器340基于電力狀態(tài)V_sen來控制電力轉換器320的電力轉換操作。根據圖3所示，從電容器Cr與線圈Lr的連接點檢測到傳輸電力的電力狀態(tài)V_sen，但是傳輸電力的檢測位置不局限于此。從各個位置來檢測傳輸電力的電力狀態(tài)V_sen。例如，從電容器Cr與第二開關S2、第四開關S4的連接點檢測電力狀態(tài)V_sen。

控制器340執(zhí)行控制，使得電力轉換器320在設置的參考范圍中執(zhí)行電力轉換操作。

為此，控制器340執(zhí)行控制，使得用于電力轉換器320的電力轉換操作的開關頻率、開關的通斷占空比以及導通相位被保持在參考范圍內，并且控制器340可通過將輸入電力控制信號V_pwm發(fā)送到電源310以改變輸入電力的電力電平而執(zhí)行控制，使得開關頻率、開關通斷占空比以及導通相位中的至少一個屬于參考范圍。相應地，基于電力轉換控制信號V_g1和V_g2來設置輸入電力控制信號V_pwm。輸入電力控制信號V_pwm控制電源310的至少一個開關Q的開關的通斷占空比。

圖4是根據第四實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖4，根據第四實施例的非接觸式電力傳輸設備400的電力轉換器420包括第一開關S1被設置在高側而第二開關S2被設置在低側的半橋逆變器。電力轉換器420通過半橋逆變器S1和S2的開關操作而將來自電源410的輸入電力轉換為傳輸電力，并且將傳輸電力傳輸?shù)诫娏Πl(fā)送器430?？刂破?40將第一門信號V_g1傳輸?shù)降谝婚_關S1以及將第二門信號V_g2傳輸?shù)降诙_關S2，以執(zhí)行控制使得如果第一開關S1導通、則第二開關S2斷開以及如果第一開關S1斷開、則第二開關S2導通。

圖5A是示出根據實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的計算的示圖，圖5B是示出根據實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的控制操作的流程圖。

圖1至圖4中所示的控制器通過頻率調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作，并且根據時鐘信號V_osc來計算電力轉換器的電力轉換頻率。

參照圖5A，例如，時鐘信號V_osc具有高電平與低電平被重復的信號配置。如果將一個高電平與相繼的一個低電平的信號配置設置為時鐘的一個周期t_osc，則計算時鐘信號的多少個周期與第一門信號V_g1(或第二門信號)的一個周期t_sw(具有一個高電平和相繼的一個低電平)相對應。根據周期與頻率之間的關系以及用于電力轉換器的電力轉換的開關頻率，可根據時鐘信號的周期來計算對應性。在上面所述的頻率調制方案中，控制器固定電力轉換器的占空比。例如，占空比被固定為50％。

參照圖5B，如果開關頻率f_sw(如上面所述進行計算)在參考范圍內(f_lower<f_sw<f_upper)，則控制器保持來自電源的輸入電力的電力電平，而如果開關頻率f_sw在參考范圍外(f_sw<f_lower或f_sw>f_upper)，則控制器適應性地調整來自電源的輸入電力的電力電平。例如，如果開關頻率f_sw比參考范圍的較低頻率低(f_sw<f_lower)，則控制器提供增大電源的至少一個開關的開關占空比的輸入電力控制信號。此外，例如，如果開關頻率f_sw比參考范圍的較高頻率高(f_sw>f_upper)，則控制器提供減小電源的至少一個開關的開關占空比的輸入電力控制信號。

相應地，在應該增大非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下，諸如，例如，由于條件(諸如，例如，非接觸式電力接收器的位置、角度或要求)的改變而導致負載增大、傳輸電力的電壓電平增大，控制器執(zhí)行減小電力轉換器的開關頻率的操作。這里，該開關頻率也被反應在電源的用于增大輸入電力的電壓電平的操作上，從而增大電壓增益而沒有顯著地減小開關頻率。

相反地，在非接觸式電力傳輸設備的電壓增益將被減小的情況下，諸如負載減小、傳輸電力的電壓電平減小等，控制器執(zhí)行增大電力轉換器的開關頻率的操作。這里，開關頻率也被反應在電源的用于減小輸入電力的電壓電平的操作上，從而減小電壓增益而沒有顯著地增大開關頻率。并且，控制器可響應于對傳輸電力執(zhí)行的計算來適應性地調整電源的可變電力以及電力轉換器的操作特性中的至少一個。

也就是說，由于改變電壓增益而沒有顯著地脫離執(zhí)行基本優(yōu)化操作的開關頻率條件，所以存在在負載的條件下提高效率的優(yōu)勢。

圖6A是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的計算的示圖，圖6B是示出根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的控制操作的流程圖。

控制器通過占空比調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作。與圖5A類似，參照圖6A，時鐘信號V_osc具有高電平與低電平被重復的信號配置。如果將一個高電平和相繼的一個低電平的信號配置設置為時鐘的一個周期t_osc，則由于可計算多少個周期的時鐘信號與第一門信號V_g1或第二門信號V_g2的具有一個高電平和相繼的一個低電平的一個周期t_sw對應，并且可計算多少個周期的時鐘信號與第一門信號V_g1(或第二門信號V_g2(t_d))的導通占空或斷開占空對應，所以第一門信號V_g1(或第二門信號V_g2)的占空比能夠被計算。在上面所述的占空比調制方案中，控制器固定電力轉換器的開關頻率。

參照圖6B，如果電力轉換器的開關的通斷占空比D(例如，如上面所述進行計算)在參考范圍內(D_lower<D<D_upper)，則控制器保持來自電源的輸入電力的電力電平，而如果電力轉換器的開關的通斷占空比D在參考范圍外(D<D_lower或D>D_upper)，則控制器適應性地調整來自電源的輸入電力的電力電平來保持占空比D在參考范圍內。例如，如果開關通斷占空比D比參考范圍的較低占空比低(D<D_lower)，則控制器將使電源的至少一個開關的開關占空比減小的輸入電力控制信號提供給電源。此外，例如，如果開關通斷占空比D比參考范圍的較高占空比高(D>D_upper)，則控制器將提供增大電源的至少一個開關的開關占空比的輸入電力控制信號。

相應地，在應該增大非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下，諸如，負載增大、傳輸電力的電壓電平增大，控制器執(zhí)行增大電力轉換器的開關通斷占空比的操作。這里，開關通斷占空比也被反應在電源的用于增大輸入電力的電壓電平的操作上，從而可增大電壓增益而沒有顯著地增大開關通斷占空比。

相反地，在需要減小非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下，諸如負載減小、傳輸電力的電壓電平減小，控制器執(zhí)行減小電力轉換器的開關通斷占空比的操作。這里，開關通斷占空比也被反應在電源的用于減小輸入電力的電壓電平的操作上，從而減小電壓增益而沒有顯著地減小開關通斷占空比。

也就是說，由于改變電壓增益而沒有顯著地執(zhí)行優(yōu)化操作的開關通斷占空比條件，所以存在在負載的條件下提高效率的優(yōu)勢。

圖7A是示出根據一個或更多個實施例的非接觸式電力傳輸設備的相位的計算的示圖，圖7B是示出根據一個或更多個實施例的基于非接觸式電力傳輸設備的相位的控制操作的流程圖。

根據一個或更多個實施例，控制器通過相位調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作。與圖5A和圖6A中所描述的類似，參照圖7A，時鐘信號V_osc具有高電平與低電平被重復的信號配置。如果將一個高電平和相繼的一個低電平的信號配置設置為時鐘的一個周期t_osc(由于可計算時鐘信號的多少周期與第一門信號V_g1(或第二門信號V_g2)的具有一個高電平和相繼的一個低電平的一個周期t_sw對應)，所以可計算時鐘信號的多少個周期與第一門信號V_g1(或第二門信號V_g2)的一個周期對應，并且可計算時鐘信號的多少個周期與第一門信號V_g1以及第二門信號V_g2(t_ph)的導通占空(或斷開占空)對應，根據下面的式1，可計算第一門信號V_g1與第二門信號V_g2之間的導通相位θ。

(式1)

θ＝(n/N)*360

這里，n是時鐘信號V_osc的與第一門信號V_g1或第二門信號V_g2的導通占空或斷開占空對應的周期，N是時鐘信號V_osc的與第一門信號V_g1或第二門信號V_g2的一個周期對應的周期。

在上面所述的相位調制方案中，控制器固定開關頻率和電力轉換器的開關通斷占空比。例如，開關通斷占空比被固定為50％。

參照圖7B，如果相位θ(如上面所述進行計算)在參考范圍內(θ_lower<θ<θ_upper)，則控制器保持來自電源的輸入電力的電力電平，而如果相位θ在參考范圍外(θ<θ_lower或θ>θ_upper)，則控制器適應性地調整來自電源的輸入電力的電力電平。

例如，如果相位θ比參考范圍的較低相位低(θ<θ_lower)，則控制器提供使電源的至少一個開關的開關占空比增大的輸入電力控制信號。

此外，例如，如果相位θ比參考范圍的較高相位高(θ>θ_upper)，則控制器可提供使電源的至少一個開關的開關占空比減小的輸入電力控制信號。

類似地，在應該增大或減小非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下，諸如，例如負載改變或者傳輸電力的電壓電平增大或減小，由于電力轉換器可通過改變來自電源的輸入電力的電壓電平來改變在包括基本優(yōu)化操作點的參考范圍內的電壓增益，所以存在在負載條件的全部范圍內提高效率的優(yōu)勢。

然而，可能難以將上面所述的相位調制方案應用到圖4中所示的根據第四實施例的非接觸式電力傳輸設備400的電力轉換器420的半橋逆變器S1和S2。

圖8是根據第五實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖8，根據第五實施例的非接觸式電力傳輸設備500的控制器540將控制電力轉換器520的電力轉換操作的電力轉換控制信號V_g1或V_g2提供給電源510作為輸入電力控制信號。

例如，控制器540將第一門信號V_g1(或第二門信號V_g2)作為輸入電力控制信號提供給電源510。在通過電力發(fā)送器530向外發(fā)送的傳輸電力的電力電平應該增大的情況下，控制器540將使電力轉換器520的全橋逆變器S1、S2、S3和S4的占空比增大的電力轉換控制信號V_g1和V_g2提供給電力轉換器520。如果控制器540將第一門信號V_g1或第二門信號V_g2作為輸入電力控制信號提供給電源510，則增大電源510的至少一個開關Q的開關占空比以增大輸入電力的電力電平。相應地，增大了從電力轉換器520發(fā)送到電力發(fā)送器530的傳輸電力的電力電平。

此外，類似地，在減小傳輸電力的電力電平的情況下，控制器540將使電力轉換器520的全橋逆變器S1、S2、S3和S4的占空比減小的電力轉換控制信號V_g1和V_g2提供給電力轉換器520。如果控制器540將第一門信號V_g1或第二門信號V_g2作為輸入電力控制信號提供給電源510，則減小電源510的至少一個開關Q的開關占空比，以減小輸入電力的電力電平。相應地，減小了從電力轉換器520發(fā)送到電力發(fā)送器530的傳輸電力的電力電平。

上面所述的用于改變輸入電力的電力電平的方法的示例包括上面所述的占空比調制方案和頻率調制方案。

在頻率調制方案中，例如，如果按照連續(xù)電流模式(CCM)操作電源510，則通過下面的式2來表示在電力轉換器520的開關占空比D與根據輸入到電源的電壓V_IN的輸出電壓V_o(輸入電力的電壓電平)之間的關系。

(式2)

也就是說，在按照CCM操作電源510的情況下，輸出電壓僅通過占空比D來確定，而不管操作頻率如何。同時，如果按照非連續(xù)模式(DCM)來操作電源510，則通過下面的式3來表示開關占空比D與根據輸入到電源的電壓V_IN的輸出電壓V_o(輸入電力的電壓電平)之間的關系。

(式3)

這里，I_o表示電源510的輸出電流，L表示電感，f表示開關頻率。

也就是說，在按照DCM操作電源510的情況下，輸出電壓受開關頻率f與占空比D的影響。在占空比約為50％的條件下，如果減小開關頻率，則輸出電壓上升，如果增大開關頻率，則輸出電壓下降。

當利用上面所提到的特性時，在應該增大電力轉換器520的電壓增益的情況下，諸如，例如，負載增大或輸出電壓增大，控制器540執(zhí)行減小電力轉換器520的開關頻率的操作。由于該開關頻率使從電源510供應的輸入電力的電壓電平增大，所以增大了電壓增益而沒有顯著地減小電力轉換器520的開關頻率。

相反地，在應該減小電力轉換器520的電壓增益的情況下，諸如，例如，負載減小、位置或角度改變或輸出電壓減小，控制器540執(zhí)行增大電力轉換器520的開關頻率的操作。由于該開關頻率使從電源510供應的輸入電力的電壓電平減小，所以減小了電壓增益而沒有顯著地增大開關頻率。

也就是說，由于改變電壓增益而沒有顯著地脫離執(zhí)行基本優(yōu)化操作的開關頻率范圍條件，所以存在在負載條件的全部范圍內提高效率的優(yōu)勢。

圖9是根據第六實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖9，根據第六實施例的非接觸式電力傳輸設備600的電力轉換器620包括半橋逆變器S1和S2，控制器640將對半橋逆變器S1和S2的電力轉換操作進行控制的第一門信號V_g1和/或第二門信號V_g2提供給電力轉換器620和電源610。

通過第一門信號V_g1和第二門信號V_g2來控制的輸入電力通過電力轉換器620轉換為傳輸電力，電力發(fā)送器630以非接觸方式向外發(fā)送來自電力轉換器620的傳輸電力。

上面所述的用于改變輸入電力的電力電平的方法的示例包括上面所述的占空比調制方案和頻率調制方案，由于其描述與圖8的描述類似，所以為了清楚和簡潔起見，將省略其描述。

圖10是根據第七實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖10，根據第七實施例的非接觸式電力傳輸設備700被供應有來自外部可變適配器A的輸入電力，控制器740基于對電力轉換器720的全橋逆變器S1、S2、S3和S4的電力轉換操作進行控制的電力轉換控制信號V_g1和V_g2而將對可變適配器A的輸入電力供應操作進行控制的輸入電力控制信號D+和D-提供給可變適配器A。相應地，控制器740執(zhí)行控制，使得電力轉換器720的全橋逆變器S1、S2、S3和S4的電力轉換操作的狀態(tài)保持在參考范圍內。電力發(fā)送器730以非接觸式的方式將來自電力轉換器720的傳輸電力發(fā)送到外部電力接收器。

圖11是根據第八實施例的非接觸式電力傳輸設備的示意性電路圖。

參照圖11，根據第八實施例的非接觸式電力傳輸設備800的電力轉換器820包括半橋逆變器S1和S2，控制器840基于對半橋逆變器S1和S2的電力轉換操作進行控制的電力轉換控制信號V_g1和V_g2而將對可變適配器A的輸入電力供應操作進行控制的輸入電力控制信號D+和D-提供給可變適配器A。相應地，控制器840執(zhí)行控制，使得電力轉換器820的半橋逆變器S1和S2的電力轉換操作的狀態(tài)保持在參考范圍內。電力發(fā)送器830以非接觸傳輸?shù)姆绞?諸如，例如，共振模式或感應模式)將來自電力轉換器820的電力電磁或磁發(fā)送到外部電力接收器。

圖12是示出根據一個或更多個實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換頻率的控制操作的流程圖。

參照圖12，控制器(例如，如圖10和/或圖11中所示)通過頻率調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作，電力轉換器的開關頻率如圖5A中所述來計算。

如果開關頻率f_sw(如上面所述進行計算)在參考范圍內(f_lower<f_sw<f_upper)，則控制器保持從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾娏﹄娖?，如果開關頻率f_sw在參考范圍外(f_sw<f_lower或f_sw>f_upper)，則控制器做出對從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾娏﹄娖降母淖兊恼埱蟆?/p>

例如，如果開關頻率f_sw比參考范圍的較高頻率高(f_sw>f_upper)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖綔p小的輸入電力控制信號D+和D-提供給可變適配器。

此外，例如，如果開關頻率f_sw比參考范圍的較低頻率低(f_sw<f_lower)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖皆龃蟮妮斎腚娏刂菩盘朌+和D-提供給可變適配器。

例如，控制器通過改變輸入電力控制信號D+和D-的電壓電平來請求可變適配器改變輸入電力的電壓電平。

相應地，在由于條件的改變(諸如，例如，接觸式電力接收器的位置、請求以及其組合)，使得應該增大非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下(諸如，負載增大或傳輸電力的電壓電平增大或其組合)，根據一個或更多個實施例的控制器執(zhí)行減小電力轉換器的開關頻率的操作。這里，通過增大從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖絹碓龃箅妷涸鲆娑鴽]有顯著地減小開關頻率。

相反地，在應該減小非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下(諸如，例如，負載減小、傳輸電力的電壓電平減小，或其組合)，根據一個或更多個實施例的控制器執(zhí)行增大電力轉換器的開關頻率的操作。通過減小從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖絹頊p小電壓增益而沒有顯著地增大開關頻率。也就是說，由于改變電壓增益而沒有顯著地脫離執(zhí)行基本優(yōu)化操作的開關頻率條件范圍，所以存在在整個負載條件的范圍提高效率的優(yōu)勢。

圖13是示出根據一個或更多個實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的電力轉換占空比的控制操作的流程圖。

參照圖13，控制器(例如，如圖10和圖11中所示)通過占空比調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作，電力轉換器的電力轉換開關占空比如圖6A中所述來計算。

如果所計算的占空比D在參考范圍內(D_lower<D<D_upper)，則控制器保持輸入電力的電力電平，如果占空比D在參考范圍外(D<D_lower或D>D_upper)，則控制器做出對從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾娏﹄娖降母淖兊恼埱蟆?/p>

例如，如果占空比D比參考范圍的較高占空比高(D>D_upper)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖皆龃蟮妮斎腚娏刂菩盘柼峁┙o可變適配器。此外，例如，如果占空比D比參考范圍的較低占空比低(D<D_lower)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖綔p小的輸入電力控制信號提供給可變適配器。

相應地，在應該增大非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下(諸如，例如，負載增大或傳輸電力的電壓電平增大，或其組合)，控制器執(zhí)行增大電力轉換器的開關占空比的操作。此外，控制器通過以下步驟來增大電壓增益而沒有顯著地減小開關占空比：改變輸入電力控制信號的電壓電平以增大從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖?；增大輸入電力的電壓電平?/p>

相反地，在應該減小非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下(諸如，例如，負載減小或傳輸電力的電壓電平減小，或其組合)，控制器通過以下步驟來減小電壓增益而沒有顯著地增大開關占空比：改變輸入電力控制信號的電壓電平以減小從電力轉換器的可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖?；減小輸入電力的電壓電平。

也就是說，由于改變電壓增益而沒有顯著地脫離執(zhí)行基本優(yōu)化操作的開關占空比條件，所以存在在負載條件的寬范圍提高效率的優(yōu)勢。

圖14是示出根據一個或更多個實施例的根據非接觸式電力傳輸設備的相位的控制操作的流程圖。

控制器通過相位調制方案來控制電力轉換器的電力轉換操作，電力轉換器的電力轉換相位如圖7A中所述來計算。

參照圖14，如果相位θ(如上所述進行計算)在參考范圍內(θ_lower<θ<θ_upper)，則控制器保持輸入電力的電力電平，如果相位θ(在參考范圍外(θ<θ_lower或θ>θ_upper)，則控制器做出對從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾娏﹄娖降母淖兊恼埱蟆?/p>

例如，如果相位θ比參考范圍的較高相位高(θ>θ_upper)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖綔p小的輸入電力控制信號提供給可變適配器。

此外，例如，如果相位θ比參考范圍的較低相位低(θ<θ_lower)，則控制器將請求使從可變適配器傳輸?shù)妮斎腚娏Φ碾妷弘娖皆龃蟮妮斎腚娏刂菩盘柼峁┙o可變適配器。

例如，控制器通過改變輸入電力控制信號的電壓電平來請求可變適配器改變輸入電力的電壓電平。

類似地，在應該增大或減小非接觸式電力傳輸設備的電壓增益的情況下(諸如，負載改變、傳輸電力的電壓電平增大或減小或其組合)，由于電力轉換器通過改變來自電源的輸入電力的電壓電平來改變在包括基本優(yōu)化操作點的參考范圍內的電壓增益，所以存在在負載條件的寬范圍提高效率的優(yōu)勢。

然而，可能難以將上面所述的相位調制方案應用到圖11中所示的根據第八實施例的非接觸式電力傳輸設備800的電力轉換器820的半橋逆變器S1和S2。

如上所述，根據一個或更多個實施例，無線電力傳輸操作通過基于對電力轉換器進行控制的控制信號改變輸入電力的電平而在基本優(yōu)化操作范圍內執(zhí)行，從而大大提高了電力轉換效率，并且能夠輸出大于現(xiàn)有技術的負載。

圖1-4和圖8-11中示出的執(zhí)行參照圖5B、6B、7B以及12-14在此描述的操作的設備、單元、模塊、裝置、控制器和其它組件通過硬件組件實現(xiàn)。硬件組件的示例包括本領域的普通技術人員所公知的控制器、傳感器、生成器、驅動器以及任何其它電子裝置。在一個示例中，硬件組件由一個或更多個處理器或計算機實現(xiàn)。處理器或計算機由一個或更多個處理元件(諸如本領域的普通技術人員所公知的能夠以定義的方式響應并執(zhí)行指令以實現(xiàn)期望的結果的邏輯門陣列、控制器和算術邏輯單元、數(shù)字信號處理器、微計算機、可編程邏輯控制器、現(xiàn)場可編程門陣列、可編程邏輯陣列、微處理器或任意其它裝置或者它們的組合)實現(xiàn)。在一個示例中，處理器或計算機包括或連接到存儲由處理器或計算機執(zhí)行的指令或軟件的一個或更多個存儲器。由處理器或計算機實現(xiàn)的硬件組件執(zhí)行指令或軟件(諸如操作系統(tǒng)(OS)和在OS上運行的一個或更多個軟件應用)，以執(zhí)行參照圖5B、6B、7B以及12-14在此描述的操作。硬件組件還響應于所述指令或軟件的執(zhí)行而訪問、操控、處理、創(chuàng)建和存儲數(shù)據。為了簡潔，單數(shù)術語“處理器”或“計算機”可用在對在此描述的示例的描述中，但在其它示例中，使用多個處理器或計算機，或者處理器或計算機包括多個處理元件或多個類型的處理元件或包括兩者。在一個示例中，硬件組件包括多個處理器，在另一示例中，硬件組件包括處理器和控制器。硬件組件具有任意一個或更多個不同的處理構造，其示例包括單個處理器、獨立處理器、并行處理器、單指令單數(shù)據(SSID)多處理裝置、單指令多數(shù)據(SIMD)多處理裝置、多指令單數(shù)據(MISD)多處理裝置、多指令多數(shù)據(MIMD)多處理裝置。

圖5B、6B、7B以及12-14所示的執(zhí)行這里所描述的操作的方法可通過如上所描述的執(zhí)行指令或軟件以執(zhí)行這里所描述的操作的處理器或計算機來執(zhí)行。

用于控制處理器或計算機以實現(xiàn)硬件組件并執(zhí)行以上描述的方法的指令或軟件被編寫為計算機程序、代碼段、指令或它們的任意組合，以單獨或共同地指示或構造處理器或計算機作為機器或專用計算機進行操作，以執(zhí)行由如上所述的硬件組件和方法執(zhí)行的操作。在一個示例中，指令或軟件包括由處理器或計算機直接執(zhí)行的機器代碼(諸如由編譯器產生的機器代碼)。在另一示例中，指令或軟件包括由處理器或計算機使用解釋器執(zhí)行的高級代碼。本領域的普通程序員在獲得本公開的徹底的理解之后，可容易地基于說明書的附圖和相應描述中示出的框圖和流程圖編寫指令或軟件，說明書公開了用于由如上所述的硬件組件和方法執(zhí)行的操作的算法。

用于控制處理器或計算機以實現(xiàn)硬件組件并執(zhí)行如上所述的方法的指令或軟件以及任意相關數(shù)據、數(shù)據文件和數(shù)據結構被記錄、存儲或固定在一個或更多個非暫時性計算機可讀存儲介質中。非暫時性計算機可讀存儲介質的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、閃存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁帶、軟盤、磁光數(shù)據存儲裝置、光數(shù)據存儲裝置、硬盤、固態(tài)盤以及本領域的普通技術人員所公知的能夠進行以下處理的任意裝置：以非暫時性的方式存儲指令或軟件以及任意相關聯(lián)的數(shù)據、數(shù)據文件和數(shù)據結構并將指令或軟件以及任意相關聯(lián)的數(shù)據、數(shù)據文件和數(shù)據結構提供給處理器或計算機使得處理器或計算機可執(zhí)行所述指令。在一個示例中，指令或軟件和任意相關聯(lián)的數(shù)據、數(shù)據文件和數(shù)據結構分布在聯(lián)網的計算機系統(tǒng)上，使得處理器或計算機以分散的方式存儲、訪問并執(zhí)行指令或軟件和任意相關聯(lián)的數(shù)據、數(shù)據文件和數(shù)據結構。

如上面所闡述的，根據實施例，提高了電力轉換效率和/或能夠輸出比現(xiàn)有技術大的電力電平。

雖然本公開包括特定的示例，但對于本領域的普通技術人員而言明顯的是，可在不脫離權利要求及其等同物的精神和范圍的情況下在這些示例中做出形式和細節(jié)上的各種改變。在此描述的示例將僅被視為描述性意義，而不是為了限制的目的。對各個示例中的特征或方面的描述將被視為可適用于其它示例中的類似特征或方面。如果以不同的順序執(zhí)行描述的技術，和/或如果以不同的方式組合描述的系統(tǒng)、結構、裝置或電路中的組件，和/或用其它組件或它們的等同物替換或補充描述的系統(tǒng)、結構、裝置或電路中的組件，則可獲得合適的結果。因此，本公開的范圍不是由具體實施方式限定，而是由權利要求及其等同物限定，權利要求及其等同物的全部改變將被解釋為包括在本公開中。