[发明专利]非接触功率接收器及系统

说明书

本申请是申请人于2011年1月7日向中华人民共和国国家知识产权局提出的申请号为CN200980126637.2、发明名称为“非接触功率接收器及操作方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于感应耦合功率传输系统(ICPT)技术领域。更具体而言，本发明涉及包括以线性模式操作的半导体开关的非接触功率接收器。

背景技术

非接触功率系统由非接触功率发送器和一个或更多个非接触功率接收器构成，其中所述非接触功率发送器包括被提供有来自于电源的交流电流的传导通道。这些非接触功率接收器靠近传导通道但是与传导通道电隔离。非接触功率接收器包括拾波线圈，在该拾波线圈中通过传导通道所产生的磁场感应出电压，并且非接触功率接收器为电负载供能。通常使用调谐电容器来对拾波线圈进行调谐，以增加系统的功率传输容量。

非接触功率接收器的问题之一是：当非接触功率接收器的负载轻时，它们的效率低(例如当由功率接收器所供能的马达在等待来自于控制系统的命令时处于空转状态的情况下)。通过由拾波线圈与负载之间的功率控制器实现能流控制，可以克服这点。

功率控制器的一个实施方式是使用短路开关作为拾波电路的部件，以按照需要将拾波线圈从负载去耦。这种方法在转让给Auckland UniServices Limited(奥克兰联合服务有限公司)的美国专利5,293,308的说明书中进行了描述并被称作为“短路控制”。

虽然这种技术解决了从拾波到负载的能流控制问题，但是特别是在轻负载时短路开关会导致大的传导损耗，因为拾波电路在没有负载或轻负载的条件下几乎总是被短路。

非接触功率系统的另一个问题是因负载条件和其他电路参数的改变而导致的频率变化。这会导致拾波线圈在所感应的电压幅度和短路电流方面发生改变，这影响系统的功率传输容量。这在固定的或被动调谐的非接触功率接收器中尤其成为问题。

在美国专利说明书US2007/109708A1和US7,382,636B2中描述的一种方法是通过改变功率接收器的有效电容或电感来对功率拾波器(power pick-up)进行动态的调谐或去调谐。这使得非接触功率接收器能够补偿因参数改变而导致的频率漂移。通过采用与电容器或电感器串联的两个半导体开关来改变有效电容或电感。此外，需要一种感测拾波线圈电流幅度和相位的装置来使得能对可变电容器或电阻器进行软切换。通过实施动态调谐，由于能够对拾波线圈共振频率进行精细调谐，因此不仅能补偿频率漂移，而且还能实现比被动调谐的系统的品质因数(通常Q<6)更高得多的品质因数(Q>10)。更高的品质因数增加了系统的功率传输容量。

为了使非接触功率拾波电路小型化，去除在高频时特别复杂的拾波线圈传感器是有利的。去除它会消除对可变电容器或电感器进行软切换的能力，即系统现被硬切换。这种实施方式导致过高的电流或电压，因为在切换过程期间电感器电流会被切断或者电容器会被短路。所导致的开关瞬态引起电磁干扰、调谐半导体开关的应力，并且因过度的功率损失而降低了系统功率效率。最严重的情况下这会导致系统失效。

本发明的一个目的是提供一种用于非接触功率接收器的装置或者用于控制非接触功率接收器的方法，其会改善现有系统的一个或更多个缺点，或者会至少提供给公众有用的替选方案。

发明内容

根据一个示例性实施例，提出了一种非接触功率接收器，包括：

a.拾波线圈；

b.与拾波线圈连接的一个或更多个半导体开关；以及

c.控制电路，所述控制电路在半导体开关的操作范围的至少一部分内以线性模式驱动一个或更多个半导体开关，以基于非接触功率接收器的输出对功率接收器进行调谐。

根据另一个示例性实施例，提出了一种与电子设备一同使用的系统，包括：

a.功率发送器，其包括为产生磁场的线圈供给能量的驱动电路；以及

b.如本文前述的功率接收器，其中所述功率接收器经由储能设备与电子设备相连接或者直接与电子设备相连接。

根据另一个示例性实施例，在其中功率发送器经由磁场发送功率到功率接收器的拾波线圈的非接触功率系统中，提出了一种通过改变跨接在功率接收器的拾波线圈上的电阻，来在功率接收器的操作范围的至少一部分内对功率接收器进行调谐的方法。

根据另一个示例性实施例，提出了一种非接触功率接收器，包括：

a.拾波线圈输入端；

b.与拾波线圈输入端相连接的一个或更多个半导体开关；以及