[發明專利]無線功率傳輸系統以及無線功率傳輸方法

在審

• 申請號: 201580045901.5
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN107005091A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 毛衡春
• 申請（專利權）人: 伏達科技
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M1/36;H01F38/14
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

本申請要求2014年8月25日提交的名稱為“經濟的高性能無線功率傳輸技術(Cost-effective High Performance Wireless Power Transfer Techniques)”、申請號為62/041,161的美國臨時申請的權益，上述申請以引入的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及高性能電源，以及在具體實施方式中，涉及無線功率傳輸(power transfer，電能傳輸)系統。

背景技術

隨著技術的進一步發展，無線功率傳輸(WPT)已成為用于向基于電池的移動設備(例如移動電話、平板電腦、數碼相機和/或MP3播放器等)供電或充電的方便有效的機制。無線功率傳輸系統通常包括原邊(Primary side)發送器和副邊(Secondary side)接收器。通過磁耦合將原邊發送器磁耦合至副邊接收器。磁耦合可以實施為松耦合的變壓器，松耦合的變壓器具有形成在原邊發送器中的原邊線圈和形成在副邊接收器中的副邊線圈。

圖1示出了無線功率傳輸系統的框圖。圖1所示的無線功率傳輸系統是無線充電聯盟(A4WP)組織規定的示例性系統。圖1示出的無線功率傳輸系統包括功率發送器和功率接收器。通過磁耦合，功率從功率發送器傳輸至功率接收器。

功率發送器包括在功率輸入和發送器線圈之間級聯連接的發送器dc/dc變換器、功率放大器、阻抗匹配電路和諧振電路。功率發送器還包括發送器藍牙單元，發送器藍牙單元具有耦接至接收器藍牙單元的第一輸入/輸出以及耦接至功率發送器的dc/dc變換器的第二輸入/輸出。功率接收器包括在接收器線圈和負載之間級聯連接的諧振電路、整流器、接收器dc/dc變換器。功率接收器還包括接收器藍牙單元，接收器藍牙單元具有耦接至接收器dc/dc變換器的第二輸入/輸出。

根據A4WP的標準，功率發送器在從6.765MHz至6.795MHz(標稱6.78MHz)的頻帶內的固定系統頻率下運行。發送器將在其輸入處的直流功率變換為頻帶內的高頻交流功率。通過諧振電路(通常一個或多個電容器)耦接至功率放大器的發送器線圈形成具有諧振電路的發送器諧振回路(transmitter resonant tank)并且在系統頻率產生磁場。通過磁耦合，功率被傳輸至接收器線圈附近。同樣，功率接收器的接收器線圈和諧振電路構成接收器諧振回路。

耦接至接收器線圈的諧振電路和耦接至發送器線圈的諧振電路均可以包括一個或多個電容器。發送器諧振回路的諧振頻率和接收器諧振回路的諧振頻率被設計為系統頻率，系統頻率是由功率放大器的開關頻率決定的。

為了使功率放大器的功率能力和電參數與功率發送器中的諧振回路的功率能力和電參數匹配，阻抗匹配電路耦接在功率放大器和發送器諧振電路之間，如圖1所示。

在功率接收器中的整流器將來自接收器線圈的高頻交流功率轉換為直流功率，并通過接收器dc/dc變換器將直流功率傳送到負載。在圖1所示的系統中，對于發送到功率放大器的給定輸入電壓Vin，由于各種因素，例如發送器和接收器之間的耦合效率變化、負載變化等，整流器的輸出電壓Vo可能在寬范圍內變化。為了將輸出電壓控制在可接受范圍，可以采用發送器dc/dc變換器來控制發送到功率放大器的電壓，并且可以采用接收器dc/dc變換器來進一步調節供給負載的電壓。因為輸入功率很可能來自被接插到交流電源的ac/dc適配器，發送器dc/dc變換器被實施為dc/dc變換器。類似地，接收器dc/dc變換器通常被實施為dc/dc變換器。負載可以是實際負載，例如集成電路(IC)、電池等。或者，負載可以是下游變換器，例如電池充電器、耦接至實際負載的dc/dc變換器等。

發送器藍牙單元和接收器藍牙單元構成在功率接收器和功率發送器之間提供通信信道的藍牙通信子系統。例如，電壓控制信號可以通過此藍牙通信子系統傳送。應該注意的是，其它通信技術，例如WiFi、Zigbee裝置等，也可以用于功率發送器和功率接收器之間的通信。此外，功率接收器和功率發送器之間的帶內通信也可以通過調制在功率接收器和功率發送器之間傳送的功率信號來執行。

圖1所示的系統包括許多級。圖1所示的系統中的許多部件可能有高電壓/電流應力。因此，圖1所示的系統是復雜的系統，這導致高成本低效率。

發明內容

通過提高無線功率傳輸系統的效率的本發明的優選實施方式，通常解決或規避了上述的以及其它問題，并且實現了技術優點。