基于发射器线圈电压感测的无线功率传输制造技术

在用于向无线设备供电，例如对电池进行充电的无线功率传输系统中，使用无线功率发射器线圈电压代替线圈电流以用于通信和功率控制参考。该发射器线圈电压波形提供参考脉宽调制(PWM)波形的相位信息，该相位信息可用于解调来自用于向设备提供电压的无线功率接收器的数字分组通信。该无线功率发射器线圈的直流电压幅值用于控制注入到无线功率接收器线圈的功率，而该发射器线圈电压PWM信号的相位用于解调来自该无线功率接收器的信号分组以控制该发射器线圈电压，从而控制向该功率接收器进行无线功率传输。行无线功率传输。行无线功率传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于发射器线圈电压感测的无线功率传输
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求提交于2019年9月26日提交的标题为“Wireless Power Transfer Based on Transmitter Coil Voltage Sensing”的共同拥有的美国临时专利申请序列号62/906,332的优先权，并且据此以引用的方式并入本文中以用于所有目的。


[0003]本公开涉及无线功率传输，并且更具体地涉及基于发射器线圈电压感测的无线功率传输。

技术介绍

[0004]在广泛的应用中，无线功率传输技术广泛用于将功率从一个消费类设备传输到另一个消费类设备，例如移动电话、平板电脑、电池供电的仪器和工具等。Qi是一种开放接口标准，其定义了在最多至4厘米(1.6英寸)的距离内使用感应充电进行无线功率传输，并且由新泽西州新泽西州皮斯卡特维镇的无线充电联盟(WPC)所开发。Qi是最广泛采用的无线充电标准，并且其已扩散到几乎所有消费类移动电话品牌。
[0005]Qi无线功率传输系统由发射器和接收器组成，该两者与感应线圈磁耦合在一起。发射器和接收器使用由耦合线圈和相应电容器形成的谐振电路。这是该两者之间高效传输功率所必需的。发射器基于由该发射器从接收器接收的反馈信号来控制传输到该接收器的功率。接收器使用双相幅度调制与发射器通信，而发射器使用频率调制(FM)与接收器通信。接收器通过发送包括8位带符号数的数字分组来传送所需的功率水平。发射器使用在分组到达之前所测量的其线圈电流幅值作为参考，并且使用从其而来的信息增加或降低到发射器充电线圈的功率水平，该发射器充电线圈磁耦合到接收器充电电路的接收器充电线圈。
[0006]从接收器到发射器的数字分组通信通过改变接收器端处的线圈的电气条件在频带内完成。可以使用接收器处的影响接收器线圈负载或谐振频率的开关电阻或开关电容来实现状态的变化。数据变化率通常在1kHz至2kHz之间，以将比特流从接收器传输到发射器。接收器线圈的电容或电阻的变化引起发射器线圈电流的变化。发射器使用线圈电流作为参考，以根据Qi规格控制传传输到接收器的功率。另外，发射器线圈电流的相位用于在发射器和接收器的严重未对准条件下可靠地检测通信数据包。来自接收器的反馈信号在发射器处被视为数量级在几毫安到数百毫安的幅值变化，具体取决于接收器线圈与发射器线圈的对准、输入电压、负载条件以及发射线圈与接收线圈之间的距离，但不限于此。然而，这需要电流感测电路诸如电流变压器(CT)来检测发射器线圈中的电流。电流感测在具有严格振动要求的汽车应用中不是优选的。另外，电流感测电路的成本很高，因为必须提供足够的载流能力才能实现发射线圈电流的最大预期值。
[0007]无线功率传输中的关键挑战之一是在发射器和接收器线圈之间的未对准条件下提取解调信号，因为发射器所接收到的信号幅度微弱，从而导致数据传输中的死点，并且信号可能显著失真。这可能导致发射器功率输送中断。此外，期望发射器成功地与具有广泛变
化电气特性的不同接收器一起工作。

技术实现思路

[0008]因此，需要的是无线功率输送系统中的发射器的稳健的数据接收方式，以及防止数据传输中的死点，因为这将导致发射器功率输送中断。
[0009]根据一个实施方案，一种基于发射器线圈电压感测的用于无线功率传输的系统，该系统包括：无线功率发射器，该无线功率发射器可包括：直流
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交流功率逆变器，其中该功率逆变器的输入可适于耦合到直流电源，发射器调谐电路，该发射器调谐电路可包括串联连接的电容器和发射器功率线圈，其中该串联连接的电容器和发射器功率线圈可耦合到该直流
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交流功率逆变器的输出，电路，该电路对该发射器功率线圈上的电压进行采样，由此可确定该电压的幅值和相位；以及无线功率接收器，该无线功率接收器可包括：交流
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直流功率转换器，接收器调谐电路，该接收器调谐电路可包括接收器功率线圈和至少一个电容器，其中该接收器调谐电路可耦合到该交流
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直流功率转换器的交流输入，电压控制电路，该电压控制电路耦合到该交流
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直流功率转换器的直流输出并且向负载提供直流电压，以及数据通信电路，该数据通信电路将电压控制数据调制到该接收器调谐电路上；其中该接收器功率线圈可感应耦合到该发射器功率线圈，从该发射器功率线圈接收功率，并且将经调制的电压控制数据传输到该发射器功率线圈以用于控制该发射器功率线圈上的该电压幅值。
[0010]根据另一个实施方案，该数据通信电路可通过改变由该负载消耗的电流将该电压控制数据调制到该接收器调谐电路上。根据另一个实施方案，该数据通信电路可通过改变该接收器调谐电路的谐振频率将该电压控制数据调制到该接收器调谐电路上。根据另一个实施方案，电压控制数据可通过将该发射器功率线圈上的该电压的相位与来自该直流
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交流功率逆变器的该输出的脉宽调制(PWM)信号进行比较来解调。根据另一个实施方案，该无线功率发射器可包括：正电压检测器，该正电压检测器耦合在该串联连接的电容器与发射器功率线圈之间的节点处并从该节点提供正电压，模数转换器(ADC)，该ADC具有耦合到该正电压检测器的输出的模拟输入，以及微控制器，该微控制器具有耦合到该ADC的数字输入和耦合到该直流
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交流功率逆变器并控制该直流
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交流功率逆变器的输出，其中该微控制器监测来自该正电压检测器的正电压并且控制来自该直流
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交流功率逆变器的交流电压，其中该正电压包括来自该直流
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交流功率逆变器的正电压波形和来自该无线功率接收器的经调制电压控制数据。根据另一个实施方案，该无线功率接收器可包括：电路，该电路根据来自该交流
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直流功率转换器的直流输出电压与参考电压之间的比较来提供误差值；N位数字转换器，所述N位数字转换器将所述误差值数字化为数字误差值；以及串行器，该串行器将该数字误差值转换为串行数据字并且将该串行数据字耦合到该数据通信电路以作为经调制电压控制数据传输到该无线功率发射器。
[0011]根据另一个实施方案，该电压控制数据的解调可包括：解串器，该解串器将该串行数据字转换回该数字误差值；数字除法器，所述数字除法器将所述数字误差值(e)除以128；加法器，所述加法器向e/128加一(1)；第一采样器，所述第一采样器在延迟时间实例i处对所述发射器功率线圈上的电压进行采样以产生电压参考Vref；乘法器，所述乘法器将Vref与1+e/128相乘以产生电压参考误差值Vreferr；第二采样器，该第二采样器在延迟时间实
例j处对该发射器功率线圈上的电压进行采样以产生线圈电压Vcoil；减法器，所述减法器从Vreferr中减去Vcoil以产生误差电压Verr；以及比例
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积分
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微分(PID)补偿器，该PID补偿器具有耦合到该减法器并且接收该误差电压Verr的输入。根据另一个实施方案，可以包括增益块，该增益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于发射器线圈电压感测的用于无线功率传输的系统，所述系统包括：无线功率发射器，所述无线功率发射器包括：直流
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交流功率逆变器，其中所述功率逆变器的输入适于耦合到直流电源，发射器调谐电路，所述发射器调谐电路包括串联连接的电容器和发射器功率线圈，其中所述串联连接的电容器和发射器功率线圈耦合到所述直流
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交流功率逆变器的输出，电路，所述电路对所述发射器功率线圈上的电压进行采样，由此确定所述电压的幅值和相位；以及无线功率接收器，所述无线功率接收器包括：交流
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直流功率转换器，接收器调谐电路，所述接收器调谐电路包括接收器功率线圈和至少一个电容器，其中所述接收器调谐电路耦合到所述交流
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直流功率转换器的交流输入，电压控制电路，所述电压控制电路耦合到所述交流
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直流功率转换器的直流输出并且向负载提供直流电压，和数据通信电路，所述数据通信电路将电压控制数据调制到所述接收器调谐电路上；其中所述接收器功率线圈感应耦合到所述发射器功率线圈，从所述发射器功率线圈接收功率，并且将经调制的电压控制数据传输到所述发射器功率线圈以用于控制所述发射器功率线圈上的所述电压幅值。2.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的系统，其中所述数据通信电路通过改变由所述负载消耗的电流将所述电压控制数据调制到所述接收器调谐电路上。3.根据权利要求1所述的用于无线功率传输的系统，其中所述数据通信电路通过改变所述接收器调谐电路的谐振频率将所述电压控制数据调制到所述接收器调谐电路上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于无线功率传输的系统，其中所述电压控制数据通过将所述发射器功率线圈上的所述电压的所述相位与来自所述直流
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交流功率逆变器的所述输出的脉宽调制(PWM)信号进行比较来解调。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于无线功率传输的系统，其中所述无线功率发射器进一步包括：正电压检测器，所述正电压检测器耦合在所述串联连接的电容器与发射器功率线圈之间的节点处并从所述节点提供正电压，模数转换器(ADC)，所述ADC具有耦合到所述正电压检测器的输出的模拟输入，和微控制器，所述微控制器具有耦合到所述ADC的数字输入和耦合到所述直流
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交流功率逆变器并控制所述直流
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交流功率逆变器的输出，其中所述微控制器监测来自所述正电压检测器的正电压并且控制来自所述直流
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交流功率逆变器的交流电压，其中所述正电压包括来自所述直流
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交流功率逆变器的正电压波形和来自所述无线功率接收器的经调制电压控制数据。6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于无线功率传输的系统，其中所述无线功率接收器进一步包括：电路，所述电路根据来自所述交流
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直流功率转换器的直流输出电压与参考电压之间的比较来提供误差值；N位数字转换器，所述N位数字转换器将所述误差值数字化为数字误差值；和
串行器，所述串行器将所述数字误差值转换为串行数据字并且将所述串行数据字耦合到所述数据通信电路以作为经调制电压控制数据传输到所述无线功率发射器。7.根据权利要求6所述的用于无线功率传输的系统，其中所述电压控制数据的解调包括：解串器，所述解串器将所述串行数据字转换回所述数字误差值；数字除法器，所述数字除法器将所述数字误差值(e)除以128；加法器，所述加法器向e/128加一(1)；第一采样器，所述第一采样器在延迟时间实例i处对所述发射器功率线圈上的电压进行采样以产生电压参考Vref；乘法器，所述乘法器将Vref与1+e/1...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：