功率傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功率傳輸系統(tǒng)，其包括用于從載送交變?cè)措娏鞯碾娎|電感地拾取 功率的傳輸拾取電路。
【背景技術(shù)】
[0002] US8, 093, 758描述了用于電感耦合功率傳輸（ICPT)的功率傳輸系統(tǒng)。其描述了 具有被從包括諧振轉(zhuǎn)換器的電源供應(yīng)交變電流的初級(jí)導(dǎo)電路徑的電路。其還描述了使用變 壓器將次級(jí)電路電感耦合到第一電路。該次級(jí)電路包括繞組和電容器，由此電容器被并聯(lián) 連接到繞組。繞組形成電感元件。負(fù)載與電感元件和電容器并聯(lián)。受控短接開(kāi)關(guān)被用來(lái)將 拾取器電路解耦并從而調(diào)節(jié)到初級(jí)導(dǎo)電路徑的阻抗。在沒(méi)有短路的情況下，次級(jí)電路將諧 振。受控短接開(kāi)關(guān)與電感電容器和電感元件并聯(lián)。由于受控短接開(kāi)關(guān)引起大的傳導(dǎo)損耗并 允許有初級(jí)路徑中的電流的頻率變化，所以US8, 093, 758描述了與電感元件和電容器并 聯(lián)的可變電感器或可變電容器的使用。所述功率傳輸系統(tǒng)包括傳感裝置，其用以感測(cè)負(fù)載 的條件；以及控制裝置，其用以通過(guò)改變次級(jí)電路的有效電容或電感而響應(yīng)于由傳感裝置 感測(cè)到的負(fù)載條件選擇性地對(duì)次級(jí)電路進(jìn)行調(diào)諧和解調(diào)以根據(jù)所感測(cè)的負(fù)載條件來(lái)控制 功率到次級(jí)電路的傳輸?？刂蒲b置包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其具有適合于控制從而變得可變的流過(guò) 電感器或電容器的電流的驅(qū)動(dòng)器。該傳感裝置感測(cè)諧振電路中的電壓的相位?？刂蒲b置適 合于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置以在電壓過(guò)零之后預(yù)定時(shí)間段將可變電感器連接到次級(jí)電路或者可變 電容器從次級(jí)電路斷開(kāi)連接。從而，控制裝置改變可變電感或可變電容器，使得當(dāng)負(fù)載小且 不需要通過(guò)次級(jí)電路傳輸高功率時(shí)，諧振頻率被解調(diào)遠(yuǎn)離諧振（跟蹤頻率）。次級(jí)電路隨著 負(fù)載增加且要求高功率傳輸而被朝著跟蹤頻率調(diào)諧，以滿足來(lái)自增加的負(fù)載的需求。
[0003] 如在US8, 093, 758中描述的功率傳輸系統(tǒng)的缺點(diǎn)是需要相對(duì)昂貴的控制器且必 須感測(cè)到負(fù)載的輸出電壓。此外，開(kāi)關(guān)在進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)在拾取電路中和因此的初級(jí)路徑上引 起噪聲。此噪聲可能干擾被耦合到電纜的其它拾取器的功能，或者可能要求電源在交變電 流不受影響且保持如預(yù)定的一樣方面針對(duì)此噪聲是穩(wěn)健的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是改善這些問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)或者至少提供一種替換功率傳輸 系統(tǒng)。
[0005]用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率傳輸系統(tǒng)來(lái)達(dá)到該目的，所述功率傳輸系統(tǒng)包括用 于從載送交變?cè)措娏鞯碾娎|電感地拾取功率的傳輸拾取電路，其包括
[0006] -第一電路，其包括用于提供到電纜的電感耦合的變壓器的次級(jí)繞組和被并聯(lián)連 接到變壓器的第一電容模塊；
[0007] 其特征在于
[0008] 所述傳輸拾取電路包括
[0009] 一第二電路，其被并聯(lián)連接到第一電路并包括第二電感模塊和用以向負(fù)載傳輸功 率的裝置，該裝置與第二電感模塊串聯(lián)。
[0010] 次級(jí)繞組、第一電容模塊、第二電感模塊、所述裝置和在存在負(fù)載時(shí)一起形成傳輸 拾取電路。傳輸拾取電路是諧振電路，即可以根據(jù)交變?cè)措娏鞯念l率而諧振的電路。
[0011] 第二電感模塊、第一電容模塊和變壓器的次級(jí)繞組一起形成用于在電纜的方向上 的噪聲的低通濾波器。因此來(lái)自負(fù)載或所述裝置的噪聲被濾波。因此，電纜上的交變?cè)措?流的源不必是非常穩(wěn)健的，并且被耦合到電纜的其它電感耦合功率傳輸拾取電路可以最佳 地運(yùn)行。
[0012] 優(yōu)選地，交變?cè)措娏饕噪娎|頻率進(jìn)行交變且第一電路在電纜頻率以下的第一諧振 頻率周?chē)牡谝活l率范圍內(nèi)具有第一諧振，并且功率傳輸系統(tǒng)被布置成使得當(dāng)在使用中時(shí) 第二電路形成無(wú)窮高阻抗，變壓器在電纜頻率不飽和。
[0013] 次級(jí)繞組可以被建模為理想變壓器繞組和與理想變壓器繞組并聯(lián)的磁化電感。理 想變壓器繞組具有零阻抗，即理想變壓器的電感、電阻和電容是零。
[0014] 在傳輸拾取電路中，第二電路與第一電路并聯(lián)。通過(guò)將第二電路與第一電路并聯(lián) 地放置，第二電路的阻抗與第一電路的阻抗并聯(lián)。因此當(dāng)?shù)诙娐返淖杩古c第一電路的阻 抗相比是高的時(shí)，第一電路的性質(zhì)變成主導(dǎo)的。此外，如果第二電路在使用期間形成無(wú)窮高 阻抗，則第二電路有效地不起作用。
[0015] 在實(shí)際中，電路的諧振峰值不必具有無(wú)窮小的寬度，但是在一定頻率范圍內(nèi)具有 諧振。在本實(shí)施例中，第一頻率范圍在第一諧振頻率周?chē)?，在第一諧振頻率諧振達(dá)到最大 值。第一諧振頻率在電纜頻率以下，這意味著在電纜頻率諧振并未處于其最大值。
[0016] 另外，變壓器具有有限的最大功率傳輸，在其以上變壓器飽和。因此，至少在飽和 頻率范圍之上，傳輸拾取電路將促使變壓器飽和。因此，當(dāng)在實(shí)際中第二電路在電纜頻率形 成無(wú)窮負(fù)載時(shí)，傳輸拾取電路將從電纜拾取比在變壓器將飽和時(shí)更少的能量。換言之，存在 傳輸拾取電路從電纜的解耦。
[0017] 此解耦在多個(gè)情況下可以是有利的。由于第二電路包括用以向負(fù)載傳輸功率的裝 置，所以第二電路的阻抗取決于負(fù)載的阻抗（并且因此也取決于負(fù)載的存在）。此外，第二 電路的電阻隨著負(fù)載電阻的上升而上升。當(dāng)?shù)诙娐穬H由于負(fù)載的存在而閉合時(shí)（即當(dāng)其 在不存在負(fù)載的情況下打開(kāi)時(shí)），第二電路的電阻在沒(méi)有負(fù)載被連接時(shí)達(dá)到最大值。關(guān)斷負(fù) 載可具有相同的效果。與第二電路的高阻抗解耦相組合，這意味著在負(fù)載的高阻抗下且尤 其是當(dāng)沒(méi)有負(fù)載被連接時(shí)存在解耦。這例如意味著當(dāng)不存在負(fù)載時(shí)或者當(dāng)負(fù)載被關(guān)斷時(shí)存 在相對(duì)低的功率損耗，并且事實(shí)上在這種情況下期望的是功率損耗是最小的。
[0018] 為了實(shí)現(xiàn)此解耦，不要求控制器。由于不要求控制器，所以功率傳輸拾取器是相對(duì) 廉價(jià)且可靠的。替代地，根據(jù)負(fù)載本身的阻抗而用傳輸拾取電路的不同諧振性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)解 耦方面的差異。
[0019] 本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到由于變壓器的磁感與電感模塊的磁感分離，所以其與其中負(fù)載在 并未與第二電感模塊串聯(lián)的情況下將與第一電路并聯(lián)的情況相比，可以有利地具有用以增 加第一諧振頻率與電纜頻率之間的差的更大自由度而不損害向負(fù)載傳輸功率的能力。
[0020] 在優(yōu)選實(shí)施例中，第二電路包括與第二電感模塊串聯(lián)且與所述裝置并聯(lián)地布置的 第二電容模塊，其中，第二電容模塊和第二電感模塊被布置成用于當(dāng)在實(shí)際中負(fù)載阻抗無(wú) 窮高時(shí)在第二諧振頻率周?chē)牡诙l率范圍內(nèi)具有第二諧振，并且其中，第二諧振被布置 成使得傳輸拾取電路的阻抗當(dāng)在實(shí)際中負(fù)載無(wú)窮高時(shí)低于電纜頻率下的第一電路的阻抗。
[0021] 通過(guò)在第二電路中具有電容模塊，即使有負(fù)載的無(wú)窮高阻抗，第二電路也在傳輸 拾取電路中起作用。此外，第二電路具有第二諧振。由于第二電路具有與第二電感模塊串 聯(lián)的第二電容模塊，所以第二電路的阻抗在諧振時(shí)是低的，在第二諧振頻率下具有最小值。 由于第二電路與第一電路并聯(lián)，所以第二電路的低阻抗促使傳輸拾取電路的阻抗是低的。
[0022] 由于在本實(shí)施例中傳輸拾取電路具有低于第一電路的阻抗，所以當(dāng)在使用中負(fù)載 形成無(wú)窮高的阻抗時(shí)，從電纜拾取的功率在電纜頻率下進(jìn)一步減少。
[0023]當(dāng)負(fù)載的阻抗降低時(shí)，在電纜頻率下，負(fù)載相對(duì)于第二電容模塊而言變得更加主 導(dǎo)，所以有效地減小了串聯(lián)諧振。這使得可以向負(fù)載傳輸功率。在其中負(fù)載阻抗接近于零 的情況下，第二電容模塊被完全繞過(guò)，并且在有或沒(méi)有第二電容模塊的情況下的電路的性 質(zhì)變成相等的。
[0024]優(yōu)選地，在電纜頻率下，當(dāng)在實(shí)際中負(fù)載阻抗無(wú)窮高時(shí)，第二電路的阻抗低于第一 電路的阻抗。
[0025] 由于第二電路的阻抗低于第一電路的阻抗，所以傳輸拾取電路的阻抗顯著地減 小。
[0026]在優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述裝置包括被布置成從整流器的輸出側(cè)對(duì)負(fù)載進(jìn)行 供電的整流器和被連接到被布置成與負(fù)載并聯(lián)的整流器的輸出側(cè)的電容儲(chǔ)蓄器模塊。
[0027] 由于所述裝置與第二電容模塊并聯(lián)且被布置成從整流器的輸出側(cè)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供 應(yīng)，所以增加的負(fù)載電阻仍導(dǎo)致第二電路的電阻增加。
[0028]由于電容儲(chǔ)蓄器模塊與負(fù)載并聯(lián)且在整流器后面，所以存在用于負(fù)載的能量的儲(chǔ) 蓄器，使得可存在于電壓和電流中的整流器的輸出側(cè)的脈動(dòng)被消除。
[0029]優(yōu)選地，所述裝置包括被布置成與負(fù)載和電容儲(chǔ)蓄器模塊串聯(lián)的第三電感模塊。
[0030] 電容儲(chǔ)蓄器模塊當(dāng)在整流器的輸出側(cè)的交變電壓達(dá)到閾值值時(shí)加載。因此，其在 整流器的輸出側(cè)的交變電壓的頂點(diǎn)處加載。此加載特性可干擾諧振傳輸拾取電路的諧振。 第