功率傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功率傳輸系統，其包括用于從載送交變源電流的電纜電感地拾取 功率的傳輸拾取電路。
【背景技術】
[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。其描述了 具有被從包括諧振轉換器的電源供應交變電流的初級導電路徑的電路。其還描述了使用變 壓器將次級電路電感耦合到第一電路。該次級電路包括繞組和電容器，由此電容器被并聯 連接到繞組。繞組形成電感元件。負載與電感元件和電容器并聯。受控短接開關被用來將 拾取器電路解耦并從而調節到初級導電路徑的阻抗。在沒有短路的情況下，次級電路將諧 振。受控短接開關與電感電容器和電感元件并聯。由于受控短接開關引起大的傳導損耗并 允許有初級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 聯的可變電感器或可變電容器的使用。所述功率傳輸系統包括傳感裝置，其用以感測負載 的條件；以及控制裝置，其用以通過改變次級電路的有效電容或電感而響應于由傳感裝置 感測到的負載條件選擇性地對次級電路進行調諧和解調以根據所感測的負載條件來控制 功率到次級電路的傳輸。控制裝置包括兩個開關，其具有適合于控制從而變得可變的流過 電感器或電容器的電流的驅動器。該傳感裝置感測諧振電路中的電壓的相位。控制裝置適 合于驅動開關裝置以在電壓過零之后預定時間段將可變電感器連接到次級電路或者可變 電容器從次級電路斷開連接。從而，控制裝置改變可變電感或可變電容器，使得當負載小且 不需要通過次級電路傳輸高功率時，諧振頻率被解調遠離諧振（跟蹤頻率）。次級電路隨著 負載增加且要求高功率傳輸而被朝著跟蹤頻率調諧，以滿足來自增加的負載的需求。
[0003] 如在US8, 093, 758中描述的功率傳輸系統的缺點是需要相對昂貴的控制器且必 須感測到負載的輸出電壓。此外，開關在進行開關時在拾取電路中和因此的初級路徑上引 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定的一樣方面針對此噪聲是穩健的。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是改善這些問題中的一個或多個或者至少提供一種替換功率傳輸 系統。
[0005]用根據本發明的實施例的功率傳輸系統來達到該目的，所述功率傳輸系統包括用 于從載送交變源電流的電纜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繞組和被并聯連 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，其被并聯連接到第一電路并包括第二電感模塊和用以向負載傳輸功 率的裝置，該裝置與第二電感模塊串聯。
[0010] 次級繞組、第一電容模塊、第二電感模塊、所述裝置和在存在負載時一起形成傳輸 拾取電路。傳輸拾取電路是諧振電路，即可以根據交變源電流的頻率而諧振的電路。
[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。因此來自負載或所述裝置的噪聲被濾波。因此，電纜上的交變源電 流的源不必是非常穩健的，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 地運行。
[0012] 優選地，交變源電流以電纜頻率進行交變且第一電路在電纜頻率以下的第一諧振 頻率周圍的第一頻率范圍內具有第一諧振，并且功率傳輸系統被布置成使得當在使用中時 第二電路形成無窮高阻抗，變壓器在電纜頻率不飽和。
[0013] 次級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。通過將第二電路與第一電路并聯 地放置，第二電路的阻抗與第一電路的阻抗并聯。因此當第二電路的阻抗與第一電路的阻 抗相比是高的時，第一電路的性質變成主導的。此外，如果第二電路在使用期間形成無窮高 阻抗，則第二電路有效地不起作用。
[0015] 在實際中，電路的諧振峰值不必具有無窮小的寬度，但是在一定頻率范圍內具有 諧振。在本實施例中，第一頻率范圍在第一諧振頻率周圍，在第一諧振頻率諧振達到最大 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，當在實際中第二電路在電纜頻率形 成無窮負載時，傳輸拾取電路將從電纜拾取比在變壓器將飽和時更少的能量。換言之，存在 傳輸拾取電路從電纜的解耦。
[0017] 此解耦在多個情況下可以是有利的。由于第二電路包括用以向負載傳輸功率的裝 置，所以第二電路的阻抗取決于負載的阻抗（并且因此也取決于負載的存在）。此外，第二 電路的電阻隨著負載電阻的上升而上升。當第二電路僅由于負載的存在而閉合時（即當其 在不存在負載的情況下打開時），第二電路的電阻在沒有負載被連接時達到最大值。關斷負 載可具有相同的效果。與第二電路的高阻抗解耦相組合，這意味著在負載的高阻抗下且尤 其是當沒有負載被連接時存在解耦。這例如意味著當不存在負載時或者當負載被關斷時存 在相對低的功率損耗，并且事實上在這種情況下期望的是功率損耗是最小的。
[0018] 為了實現此解耦，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 廉價且可靠的。替代地，根據負載本身的阻抗而用傳輸拾取電路的不同諧振性質來實現解 耦方面的差異。
[0019] 本發明人認識到由于變壓器的磁感與電感模塊的磁感分離，所以其與其中負載在 并未與第二電感模塊串聯的情況下將與第一電路并聯的情況相比，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載傳輸功率的能力。
[0020] 在優選實施例中，第二電路包括與第二電感模塊串聯且與所述裝置并聯地布置的 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在實際中負載阻抗無 窮高時在第二諧振頻率周圍的第二頻率范圍內具有第二諧振，并且其中，第二諧振被布置 成使得傳輸拾取電路的阻抗當在實際中負載無窮高時低于電纜頻率下的第一電路的阻抗。
[0021] 通過在第二電路中具有電容模塊，即使有負載的無窮高阻抗，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 聯的第二電容模塊，所以第二電路的阻抗在諧振時是低的，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，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] 由于在本實施例中傳輸拾取電路具有低于第一電路的阻抗，所以當在使用中負載 形成無窮高的阻抗時，從電纜拾取的功率在電纜頻率下進一步減少。
[0023]當負載的阻抗降低時，在電纜頻率下，負載相對于第二電容模塊而言變得更加主 導，所以有效地減小了串聯諧振。這使得可以向負載傳輸功率。在其中負載阻抗接近于零 的情況下，第二電容模塊被完全繞過，并且在有或沒有第二電容模塊的情況下的電路的性 質變成相等的。
[0024]優選地，在電纜頻率下，當在實際中負載阻抗無窮高時，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]在優選實施例中，優選地，所述裝置包括被布置成從整流器的輸出側對負載進行 供電的整流器和被連接到被布置成與負載并聯的整流器的輸出側的電容儲蓄器模塊。
[0027] 由于所述裝置與第二電容模塊并聯且被布置成從整流器的輸出側對負載進行供 應，所以增加的負載電阻仍導致第二電路的電阻增加。
[0028]由于電容儲蓄器模塊與負載并聯且在整流器后面，所以存在用于負載的能量的儲 蓄器，使得可存在于電壓和電流中的整流器的輸出側的脈動被消除。
[0029]優選地，所述裝置包括被布置成與負載和電容儲蓄器模塊串聯的第三電感模塊。
[0030] 電容儲蓄器模塊當在整流器的輸出側的交變電壓達到閾值值時加載。因此，其在 整流器的輸出側的交變電壓的頂點處加載。此加載特性可干擾諧振傳輸拾取電路的諧振。 第