無線電源系統(tǒng)和方法
【專利摘要】無線電源系統(tǒng)(10)具有發(fā)送器(12)，該發(fā)送器(12)具有發(fā)送電路(15)，該發(fā)送電路(15)具有電感器(L1)，該電感器(L1)產(chǎn)生磁場以向用于對(duì)負(fù)載(38)供電和/或?qū)﹄姵爻潆姷慕邮掌?30)供電。發(fā)送器驅(qū)動(dòng)控制器(16)提供開關(guān)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路。開關(guān)控制信號(hào)的頻率和/或占空比被控制以響應(yīng)于來自接收器的、指示期望功率和負(fù)載接收的實(shí)際功率之間的變化的控制誤差信號(hào)將通過電感器(L1)提供的功率調(diào)節(jié)到期望功率。所述驅(qū)動(dòng)控制器(16)調(diào)節(jié)所述占空比以達(dá)到期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外。如果所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外，則所述控制器將占空比設(shè)定到預(yù)設(shè)占空比并且調(diào)節(jié)頻率以達(dá)到期望功率。
【專利說明】無線電源系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及通信電子裝置，更具體地，涉及無線電源/電力系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前存在對(duì)在商業(yè)、商務(wù)、個(gè)人、消費(fèi)者和其他應(yīng)用中使用的便攜式或者移動(dòng)裝置供電的需求。這些裝置的示例包括蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、筆記本計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電子郵件裝置、音樂播放器、收音機(jī)、致密盤/光盤播放器、視頻游戲控制機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)刮胡刀、電動(dòng)牙刷甚至電動(dòng)車輛。大多數(shù)這些裝置包括可充電內(nèi)置電池，在裝置自身可被使用之前，需要用外部電源或者充電器給內(nèi)置電池充電。最近，關(guān)注提供用于對(duì)一個(gè)或者幾個(gè)移動(dòng)裝置、電池和/或電子裝置供電或者充電的通用無線方法。這些“無線電源”方法可總體上被劃分成傳導(dǎo)和電感方法。傳導(dǎo)方法使用來自充電器和/或電源到移動(dòng)裝置的電流流動(dòng)以通過匹配裝置背面和襯墊上的接觸件來提供電力和接收電力，而不“插入”裝置。電感方法利用充電器和/或電源中的線圈或者導(dǎo)線以在表面附近創(chuàng)建磁場。位于表面附近的嵌入到裝置或者電池中或者上面的接收器中的線圈或者導(dǎo)線可感測該磁場。來自充電器和/或電源的電力在沒有任何有線連接的情況下通過之間的空氣或者其它介質(zhì)可傳遞到接收器。
[0003]最近，發(fā)起了稱為“無線電源聯(lián)盟”(WPC)的組織，其是為了創(chuàng)建針對(duì)電感充電的通用無線充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范形成的商務(wù)聯(lián)盟。在遵循WPC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的無線電源系統(tǒng)中，接收器被充電，向正在給接收器提供充電功率的發(fā)送器傳遞“控制誤差”信號(hào)。該“控制誤差”信號(hào)提供正在接收的功率和接收器期望的功率之間的不同的指示。發(fā)送器對(duì)誤差信號(hào)產(chǎn)生比例-積分-微分(PID)響應(yīng)并且更新PWM輸出以向接收器提供期望的功率。以傳統(tǒng)通過頻率調(diào)制或者占空比調(diào)制的兩種方式的一種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)輸出的更新。頻率調(diào)制可應(yīng)用于諧振系統(tǒng)，其中通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率可控制功率。頻率離諧振峰越遠(yuǎn)，傳遞的功率越低。占空比調(diào)制以固定頻率(通常接近諧振)工作并且通過改變開/關(guān)時(shí)間比來控制輸出。
[0004]頻率模式控制和占空比模式控制均具有它們自己的缺陷和優(yōu)勢。頻率模式控制的缺點(diǎn)是頻率輸出的分辨率可能被限制。通過調(diào)整每個(gè)時(shí)期中系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)量可以設(shè)定頻率。隨著操作頻率增大，調(diào)整的分辨率降低。調(diào)整的粗略度可能不夠準(zhǔn)確，不足以滿足系統(tǒng)要求。第二，在聯(lián)盟限定的規(guī)范中，電源電壓可以被約束以滿足結(jié)果輸出功率的要求。這限制驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞倪x擇。除了規(guī)范之外的其它因素也限制操作頻率。
[0005]占空比控制相比頻率模式控制可以具有更高輸出分辨率的優(yōu)點(diǎn)。然而，對(duì)于很多系統(tǒng)，在系統(tǒng)改變操作模式或者徹底停止工作之前存在占空比可被設(shè)定的下限，諸如連續(xù)和非連續(xù)操作模式的過度。為了最大化可能的輸出范圍，占空比系統(tǒng)通常接近諧振運(yùn)行，這可能導(dǎo)致對(duì)于甚至低占空比的大功率。與占空比的下限組合，這可容易地使得系統(tǒng)不能夠傳送低功率負(fù)載。另一個(gè)問題是由于制造公差、或者環(huán)境改變，發(fā)送器的諧振可能移位。如果操作點(diǎn)過于遠(yuǎn)離諧振頻率，則高功率水平可能變得難以得到。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供無線電源系統(tǒng)。該無線電源系統(tǒng)包括:發(fā)送電路，其包括經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向接收器提供功率的電感器；以及驅(qū)動(dòng)控制器，其提供開關(guān)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路。驅(qū)動(dòng)控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于來自接收器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)開關(guān)控制信號(hào)的頻率和/或占空比，從而將由發(fā)送電路產(chǎn)生并且通過電感器提供到接收器的功率調(diào)節(jié)到期望功率。所述驅(qū)動(dòng)控制器調(diào)節(jié)所述占空比以實(shí)現(xiàn)期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外。如果所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在所述預(yù)定占空比范圍之外，則所述驅(qū)動(dòng)控制器調(diào)節(jié)頻率以實(shí)現(xiàn)期望功率。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種無線電源系統(tǒng)，該無線電源系統(tǒng)包括:接收器，耦接到所述接收器的負(fù)載，其使得到所述接收器的功率被提供以對(duì)負(fù)載供電和/或?qū)εc所述負(fù)載關(guān)聯(lián)的電池充電；以及發(fā)送器。該發(fā)送器包括發(fā)送電路，發(fā)送電路包括經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向所述接收器提供功率的電感器；以及驅(qū)動(dòng)控制器，其提供開關(guān)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路。驅(qū)動(dòng)控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于來自接收器的提供期望功率和負(fù)載接收的實(shí)際功率之間的指示的控制誤差信號(hào)調(diào)節(jié)開關(guān)控制信號(hào)的頻率和/或占空比，以將由發(fā)送電路產(chǎn)生并且通過電感器提供到接收器的功率調(diào)節(jié)到期望功率。所述驅(qū)動(dòng)控制器調(diào)節(jié)所述占空比以實(shí)現(xiàn)期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外。如果所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在所述預(yù)定占空比范圍之外，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將占空比設(shè)定到預(yù)設(shè)占空比并且調(diào)節(jié)頻率以實(shí)現(xiàn)期望功率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供用于提供無線電力的方法。該方法包括:設(shè)定驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路的開關(guān)控制信號(hào)的初始頻率和占空比，該發(fā)送電路包括電感器，該電感器經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向接收器提供功率；接收來自所述接收器的控制誤差信號(hào)，其提供期望功率和接收到的實(shí)際功率之間的指示；以及調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比以實(shí)現(xiàn)期望功率，除非占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外。該方法還包括:如果占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定占空比范圍之外，則調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的頻率以實(shí)現(xiàn)期望功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1例示根據(jù)本發(fā)明的一方面的無線電源系統(tǒng)的示意框圖。
[0010]圖2例示根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于提供無線電力的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0011]提供無線電源系統(tǒng)和方法，其采用混合方式調(diào)整發(fā)送電路的發(fā)送功率從而利用頻率模式調(diào)節(jié)和占空比模式調(diào)節(jié)的最佳特征。發(fā)送電路可包括由開關(guān)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或者更多個(gè)開關(guān)(例如，場效應(yīng)晶體管(FET))以控制到電感器-電容器(LC)諧振儲(chǔ)能電路的功率，其中電感器經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場，該磁場可向接收器提供電力。無線系統(tǒng)和方法嘗試修改開關(guān)控制信號(hào)的占空比作為第一調(diào)節(jié)，除非占空比調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定范圍之外。如果接收器正在請(qǐng)求更多的功率并且調(diào)節(jié)后的占空比將落在預(yù)定最大值(Dmax)以上，則占空比被設(shè)定為占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定(Dhps)(其可以處于或者低于預(yù)定的最大值)并且頻率被降低以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。將Dhps設(shè)定在預(yù)定最大值以下允許進(jìn)一步向上調(diào)節(jié)占空比的余量。如果接收器正在請(qǐng)求更少的功率并且占空比調(diào)節(jié)在預(yù)定最小值(Dmin)以下，則占空比被設(shè)定為占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定(Dhps)(其可以處于或者高于該預(yù)定最小值)并且頻率被增大以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。設(shè)定Dujs在預(yù)定最小值以下允許進(jìn)一步向下調(diào)節(jié)占空比的余量。
[0012]圖1例示根據(jù)本發(fā)明的一方面的無線電源系統(tǒng)10。無線電源系統(tǒng)10包括發(fā)送器12，其經(jīng)配置以通過無線通信鏈路12向接收器30提供無線功率。接收器30經(jīng)配置以接收無線功率并且向負(fù)載38(例如，移動(dòng)電池可充電裝置)提供無線功率。到負(fù)載38的功率可被用于對(duì)負(fù)載供電和/或用于提供與負(fù)載38關(guān)聯(lián)的可充電電池的充電。接收器30還經(jīng)配置以發(fā)送通信信號(hào)，該通信信號(hào)可以包括控制誤差信號(hào)，其指示負(fù)載期望接收的功率和負(fù)載實(shí)際接收到的功率之間的差異。發(fā)送器12然后可修改到發(fā)送電路15 (例如，半橋或者全橋整流電路)的開關(guān)控制信號(hào)的占空比和/或頻率以調(diào)節(jié)發(fā)送給接收器12的功率從而達(dá)到負(fù)載38的期望接收功率。
[0013]發(fā)送器12包括AC/DC轉(zhuǎn)換器，其接收AC輸入功率(ACIN)并且產(chǎn)生要被采用以驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路15的DC輸入功率(DCIN)。發(fā)送電路15包括驅(qū)動(dòng)控制器14，其控制高側(cè)場效應(yīng)晶體管(FET)Ql和低側(cè)FET Q2的操作。高側(cè)FET Ql和低側(cè)FET Q2在圖1的例子中被展示為N型FET。然而，根據(jù)本發(fā)明的一方面可以使用其它類型的晶體管。此外，發(fā)送電路15被例示為半橋整流器，但是根據(jù)本發(fā)明的一方面也可以采用全橋整流器。高側(cè)FET Ql在位于漏端子處的DC輸入電壓(DCIN)和位于源端子處的開關(guān)節(jié)點(diǎn)VSW之間互聯(lián)。低側(cè)FETQ2在位于漏端子處的開關(guān)節(jié)點(diǎn)VSW和源端子處的負(fù)電壓導(dǎo)軌之間互聯(lián)，負(fù)電壓導(dǎo)軌在圖1的實(shí)例中展示為地。因此驅(qū)動(dòng)控制器16通過在高側(cè)FET Ql和低側(cè)FET Q2的相反的“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間交替地切換來控制開關(guān)節(jié)點(diǎn)VSW處的電壓電勢。應(yīng)理解的是高側(cè)FET Ql和低側(cè)FET Q2的相反的切換使得在給定時(shí)間高側(cè)FET Ql和低側(cè)FET Q2的僅一個(gè)可以被激活以避免DC輸入電壓(Dhn)和地之間的短路。
[0014]發(fā)送電路15還包括輸出電感器LI，其在第一端耦接到開關(guān)節(jié)點(diǎn)VSW，并且耦接到兩個(gè)串聯(lián)耦接的電容器C2和C2的耦接端子(CT)。串聯(lián)耦接的電容器Cl和C2耦接在DC輸入電壓(Dcin)和地之間。響應(yīng)于通過輸出電感器LI傳導(dǎo)的電流,輸出電感器LI產(chǎn)生磁場。當(dāng)接收器30和發(fā)送器12被設(shè)置處于彼此相鄰時(shí)磁場被發(fā)送到接收器的電感器L2，以向接收器30提供無線電力。接收器30包括耦接到電感器L2的整流器32。響應(yīng)于由電感器LI產(chǎn)生的并且由電感器L2接收的磁場，整流器32對(duì)通過電感器L2產(chǎn)生的信號(hào)整流。已整流信號(hào)被提供到負(fù)載調(diào)節(jié)器34，其在將信號(hào)提供到負(fù)載38之前調(diào)節(jié)信號(hào)。接收器控制器36控制整流器32和負(fù)載調(diào)節(jié)器34并且與它們通信。接收器控制器36可以通過電感器L2向電感器LI發(fā)送通信信號(hào)，其被控制器16接收，可包括控制誤差信號(hào)，該控制誤差信號(hào)為期望功率和負(fù)載38接收的實(shí)際功率之間的差異的指示。
[0015]驅(qū)動(dòng)控制器16接收控制誤差信號(hào)并且產(chǎn)生對(duì)控制誤差信號(hào)的比例積分微分(PID)響應(yīng)。PID響應(yīng)被驅(qū)動(dòng)控制器16采用以調(diào)節(jié)至發(fā)送電路15的開關(guān)控制信號(hào)(PWM輸出)從而向接收器30提供期望的功率。開關(guān)控制信號(hào)在高側(cè)FET Ql和低側(cè)FET Q2的切換的相反的“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間交替。驅(qū)動(dòng)控制器16首先嘗試修改開關(guān)控制信號(hào)的占空比作為第一調(diào)節(jié)，除非占空比調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定范圍之外。如上所述，如果接收器正在請(qǐng)求更多的功率并且占空比調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定最大值(Dmax)以上，則占空比被設(shè)定為占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定(Dhps)(其可以處于或者低于該預(yù)定最大值)并且頻率被降低以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。如果接收器正在請(qǐng)求更少的功率并且占空比調(diào)節(jié)導(dǎo)致占空比在預(yù)定最小值(Dmin)以下，則占空比被設(shè)定為占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定(Dujs)(其可以處于或者高于該預(yù)定最小值)并且頻率被增大以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。
[0016]圖1的示例例示單個(gè)發(fā)送器和輸出電感器LI，而應(yīng)理解的是在由一個(gè)或者更多個(gè)發(fā)送器裝置驅(qū)動(dòng)的板上可排列多個(gè)輸出電感器。進(jìn)一步理解的是輸出電感器LI和電容器Cl和C2形成諧振儲(chǔ)能電路，使得當(dāng)以處于或者接近諧振儲(chǔ)能電路的諧振的頻率工作時(shí)可傳遞更大功率。
[0017]控制器操作的描述通過以下遵循WPC規(guī)范的示例最簡單地呈現(xiàn)。對(duì)于遵循WPC規(guī)范的無線電力發(fā)送器，工作頻率可以被設(shè)定為IlOkHz到205kHz的范圍。半橋拓?fù)湓诟邆?cè)可限制占空比為50%，并且功率傳遞中涉及的磁可阻止20%以下的操作可靠地工作。作為初始操作點(diǎn)，開關(guān)控制信號(hào)頻率可被選擇為具有50%的占空比的175kHz (規(guī)范)。當(dāng)功率接收器請(qǐng)求功率改變時(shí)，如果可能，單獨(dú)通過占空比控制進(jìn)行調(diào)整。然而，如果要求的占空比的改變將操作點(diǎn)推到[20-50]范圍％以外，則對(duì)頻率和占控比兩者進(jìn)行調(diào)節(jié)。占空比被設(shè)定為其范圍內(nèi)的預(yù)設(shè)點(diǎn)并且進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以補(bǔ)償請(qǐng)求的功率改變和占空比至預(yù)設(shè)點(diǎn)的調(diào)節(jié)。使用占空比的預(yù)設(shè)點(diǎn)而不是最大或者最小占空比并且使用頻率控制來完成調(diào)節(jié)將系統(tǒng)留在對(duì)隨后的控制調(diào)節(jié)僅使用占空比控制的位置。盡管理想的預(yù)設(shè)值可以是其操作范圍的中點(diǎn)(在本示例中35% )，但是可能難以估計(jì)適當(dāng)?shù)念l率變化來補(bǔ)償那么大的占空比調(diào)節(jié)。 [0018]鑒于上述的前述結(jié)構(gòu)和功能特征，將參照?qǐng)D2更好地理解特定方法。應(yīng)理解并且認(rèn)識(shí)到所例示的動(dòng)作在其它實(shí)施方式中可以按照不同順序和/或并行地與其它動(dòng)作進(jìn)行。另外，不是要求全部例示的特征來實(shí)現(xiàn)方法。
[0019]圖2例示根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于提供無線電力的方法50。該方法50開始于52，其中無線發(fā)送器的開關(guān)控制信號(hào)的開始頻率(FREQ = F)和開始占空比(DUTY = D)被設(shè)定以提供給定發(fā)送功率。在54，來自接收器的控制誤差信號(hào)(E)由發(fā)送器接收，其指示耦接到接收器的負(fù)載的期望接收功率和實(shí)際接收功率之間的差。在56，基于控制誤差信號(hào)計(jì)算占空比調(diào)節(jié)量。方法接著進(jìn)行到58。在58，確定當(dāng)前占空比(D)加上占空比調(diào)節(jié)量(Daw)是否大于預(yù)定最大占空比(Dmax)(即，D+D^^D.)。如果當(dāng)前占空比(D)加上占空比調(diào)節(jié)量(Dadj)大于預(yù)定最大占空比(Dmax)(是)，則占空比被設(shè)定為占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定(D = Dhps),其處于或者低于預(yù)定最大占空比(Dmax)，并且在62頻率被降低以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。在62，針對(duì)控制誤差信號(hào)(E)以及從當(dāng)前占空比到占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定(Dhps)的占空比的調(diào)節(jié)，計(jì)算頻率調(diào)節(jié)量并且求和。方法然后進(jìn)行到72以應(yīng)用新的占空比和新頻率(新D、F)。
[0020]如果當(dāng)前占空比⑶加上占空比調(diào)節(jié)量(Daw)不大于預(yù)定最大占空比(Dmax)(否)，則方法進(jìn)行到64。在64，確定當(dāng)前占空比(D)加上占空比調(diào)節(jié)量(Daw)是否小于預(yù)定最小占空比(Dmin) ( 即，D+Da^D.)。如果當(dāng)前占空比⑶加上占空比調(diào)節(jié)量(Daw)小于預(yù)定最小占空比(Dmin)(是)，則占空比⑶被設(shè)定為占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定(Dujs),其處于或者高于預(yù)定最小占空比(Dmin)，并且在68頻率被增大以實(shí)現(xiàn)接收器請(qǐng)求的期望功率。在68，針對(duì)控制誤差信號(hào)(E)和從當(dāng)前占空比⑶到占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定(Dujs)的占空比的調(diào)節(jié)，計(jì)算頻率調(diào)節(jié)量并且求和。方法接著進(jìn)行到72以應(yīng)用新占空比和新頻率(新D、F)。[0021]以下描述圖1的驅(qū)動(dòng)控制器操作和圖2的用于提供無線電力的方法的具體示例。該示例遵循WPC規(guī)范。示例假定發(fā)送器在158kHz的初始開關(guān)控制信號(hào)頻率，以49%占空比工作。示例假定發(fā)送器從接收器接收了 Control_Error = 15。采用控制誤差常數(shù)Kp =
10.0、Ki = 0.25，使得
[0022]PID—out = Kp*Contral—Error+Ki*Control—Error = 10*15+0.25*15 = 153.75算式I
[0023]基于WPC規(guī)范，從PID_out到占空比或者頻率調(diào)節(jié)量的比例如下:
[0024]duty_Sv = -0.01
[0025]freq_Sv = 1.5110-140 (kHz)
[0026]2.0140-160 (kHz)
[0027]3.0160-180 (kHz)
[0028]5.0180-205 (kHz)
[0029]占空比控制調(diào)節(jié)量可計(jì)算如下:
[0030]Duty_adjusted = PID out*duty_Sv = 153.75*0.01 = 1.53 算式 2
[0031]這是針對(duì)1.53%占空比增大(其大于最大預(yù)定占空比50%)的請(qǐng)求。
[0032]因此，因?yàn)檎{(diào)節(jié)將使得占空比大于最大占空比，所以頻率控制調(diào)節(jié)量被確定以增大發(fā)送功率如下:
[0033]Freq_adjust = PID_out*freq_Sv = 153.75*2.0 = 307.5 算式 3
[0034]因此,Control_Error= 15 是請(qǐng)求頻率改變 307.5Hz。除了針對(duì)Control Error (控制誤差)的調(diào)節(jié)，對(duì)占空比向其范圍的中心調(diào)節(jié)以允許占空比余量。在本示例中，根據(jù)限制，預(yù)設(shè)點(diǎn)被選擇為距限制5 %，或者45 %。根據(jù)我們目前的49 %的操作點(diǎn)，這是4%的附加調(diào)節(jié)量。比例因子之間的關(guān)系基于PID_out的共同性確定，使得:
[0035]4% /duty_Sv*freq_Sv = 4/0.01*2 = 800Hz.算式 4
[0036]因此總頻率調(diào)節(jié)量將是307.5+800 = 1107.5Hz，并且新操作點(diǎn)將是156.8925kHz和45%占空比。將我們留在誤差(Eiror)應(yīng)該被補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)，并且具有可用空間進(jìn)行將來的占空比調(diào)節(jié)。
[0037]在以上示例中，使用表來設(shè)定PID輸出和頻率之間的增益。這個(gè)分段線性表是實(shí)際的并且容易實(shí)現(xiàn)，然而，其是諧振曲線的粗略估計(jì)。表示更精確的測量的算式將允許限定比例因子(duty_Sv和freq_Sv)之間的更精確的關(guān)系,這近而可以允許對(duì)預(yù)設(shè)占空比值進(jìn)行較大調(diào)節(jié)。作為總結(jié)，通過交織占空比調(diào)制和頻率調(diào)制，獲得每個(gè)方法的最佳方面，并且可以實(shí)現(xiàn)否則可能已經(jīng)不可得的操作點(diǎn)。高分辨率、最大范圍、環(huán)境耐受力以及硬件設(shè)計(jì)中增加的自由度全部都實(shí)現(xiàn)。
[0038]本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以對(duì)所描述的示例性實(shí)施方式進(jìn)行修改，并且可能有很多其它實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種無線電源系統(tǒng)，所述無線電源系統(tǒng)包括: 發(fā)送電路，其包括電感器，所述電感器經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向接收器提供功率；以及 驅(qū)動(dòng)控制器，其提供開關(guān)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述發(fā)送電路，所述驅(qū)動(dòng)控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于來自所述接收器的控制信號(hào)而調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的頻率和/或占空比以將由所述發(fā)送電路產(chǎn)生并且通過所述電感器提供到所述接收器的功率調(diào)節(jié)到期望功率，所述驅(qū)動(dòng)控制器調(diào)節(jié)所述占空比以實(shí)現(xiàn)所述期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在預(yù)定占空比范圍之外，并且如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在所述預(yù)定占空比范圍之外則調(diào)節(jié)所述頻率以實(shí)現(xiàn)所述期望功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在預(yù)定占空比范圍之外，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將所述占空比設(shè)定為預(yù)設(shè)占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比大于預(yù)定最大占空比，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將所述占空比設(shè)定為小于預(yù)定最大占空比的占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制器計(jì)算頻率的變化并且將頻率的變化求和以調(diào)節(jié)控制誤差并且調(diào)節(jié)所述占空比的設(shè)定，并且將這個(gè)和添加到當(dāng)前頻率以確定并且設(shè)定針對(duì)所述開關(guān)控制信號(hào)的新頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比小于預(yù)定最小占空比，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將所述占空比設(shè)定為大于預(yù)定最小占空比的占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定，以允許隨后調(diào)節(jié)中的所述占空比的調(diào)節(jié)余量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制器計(jì)算頻率的變化并且將頻率的變化求和以調(diào)節(jié)控制誤差并且調(diào)節(jié)所述占空比的設(shè)定，并且將這個(gè)和添加到當(dāng)前頻率以確定并且設(shè)定針對(duì)所述開關(guān)控制信號(hào)的新頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括: 接收器；以及 負(fù)載，其耦接到所述接收器，使得到所述接收器的功率被提供以對(duì)所述負(fù)載供電和/或?qū)εc所述負(fù)載關(guān)聯(lián)的電池充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述控制誤差是提供所述期望功率和由所述負(fù)載接收的實(shí)際功率之間的差異的指示的控制誤差信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述負(fù)載是移動(dòng)電池可充電裝置，并且開關(guān)轉(zhuǎn)換器的至少一部分駐留在充電板內(nèi)。
10.一種無線電源系統(tǒng)，所述無線電源系統(tǒng)包括: 接收器； 負(fù)載，其耦接到所述接收器，使得到所述接收器的功率被提供以對(duì)所述負(fù)載供電和/或?qū)εc所述負(fù)載關(guān)聯(lián)的電池充電；以及 發(fā)送器，所述發(fā)送器包括: 發(fā)送電路，其包括電感器，所述電感器經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向所述接收器提供功率；以及 驅(qū)動(dòng)控制器，其提供開關(guān)控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述發(fā)送電路，所述驅(qū)動(dòng)控制器經(jīng)配置以響應(yīng)于來自所述接收器的控制誤差信號(hào)而調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的頻率和/或占空比以將由所述發(fā)送電路產(chǎn)生并且通過所述電感器提供到所述接收器的功率調(diào)節(jié)到期望功率，所述控制誤差信號(hào)提供所述期望功率和由所述負(fù)載接收的實(shí)際功率之間的差異的指示，所述驅(qū)動(dòng)控制器調(diào)節(jié)所述占空比以實(shí)現(xiàn)所述期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在預(yù)定占空比范圍之外，并且如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在所述預(yù)定占空比范圍之外則所述控制器將所述占空比設(shè)定成預(yù)設(shè)占空比并且調(diào)節(jié)頻率以實(shí)現(xiàn)所述期望功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比大于預(yù)定最大占空比，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將所述占空比設(shè)定為小于預(yù)定最大占空比的占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制器計(jì)算頻率的變化并且將頻率的變化求和以調(diào)節(jié)控制誤差并且調(diào)節(jié)所述占空比的設(shè)定，并且將這個(gè)和加到當(dāng)前頻率以確定并且設(shè)定針對(duì)所述開關(guān)控制信號(hào)的新頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比小于預(yù)定最小占空比，則所述驅(qū)動(dòng)控制器將所述占空比設(shè)定為大于預(yù)定最小占空比的占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制器計(jì)算頻率的變化并且將頻率的變化求和以調(diào)節(jié)所述控制誤差并且調(diào)節(jié)所述占空比的設(shè)定，并且將這個(gè)和加到當(dāng)前頻率以確定并且設(shè)定針對(duì)所述開關(guān)控制信號(hào)的新頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的 系統(tǒng)，其中，所述負(fù)載是移動(dòng)電池可充電裝置，并且所述發(fā)送器的至少一部分駐留在充電板內(nèi)。
16.一種用于提供無線電力的方法，所述方法包括: 設(shè)定驅(qū)動(dòng)發(fā)送電路的開關(guān)控制信號(hào)的初始頻率和占空比，所述發(fā)送電路包括電感器，所述電感器經(jīng)配置以產(chǎn)生磁場從而向接收器提供功率； 接收來自所述接收器的控制誤差信號(hào)，其提供期望功率和接收到的實(shí)際功率之間的指示； 調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比以實(shí)現(xiàn)期望功率，除非所述占空比的調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在預(yù)定占空比范圍之外；以及 如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在所述預(yù)定占空比范圍之外，則調(diào)節(jié)所述開關(guān)控制信號(hào)的頻率以實(shí)現(xiàn)所述期望功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比在預(yù)定占空比范圍之外，則將所述占空比設(shè)定為預(yù)設(shè)占空比。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括:計(jì)算頻率的變化并且將頻率的變化求和以調(diào)節(jié)所述控制誤差信號(hào)并且調(diào)節(jié)所述占空比的設(shè)定，并且將這個(gè)和加到當(dāng)前頻率以確定并且設(shè)定針對(duì)所述開關(guān)控制信號(hào)的新頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比大于預(yù)定最大占空比，則將所述占空比設(shè)定為小于預(yù)定最大占空比的占空比高預(yù)設(shè)設(shè)定。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:如果所述占空比的所述調(diào)節(jié)導(dǎo)致所述占空比小于預(yù)定最小占空比，則將所述占空比設(shè)定為大于預(yù)定最小占空比的占空比低預(yù)設(shè)設(shè)定。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK104011969SQ201280061720
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】E·G·奧廷格 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司