有源阻抗控制

1.本公开涉及无线功率传输(wpt)，通常也称为感应功率传输(ipt)。本公开尤其涉及ipt系统或其部件(诸如初级和次级电路)的阻抗的主动控制，以便调节功率流。


背景技术：

2.ipt系统是众所周知的，其具有松散磁耦合的初级侧和次级(也称为拾取器)侧。在单向系统中，功率在一个方向上流动，从初级线圈流向次级线圈。在双向系统中，功率可以在两个方向上流动。本文件应被解释为涉及单向或双向系统，因此对例如次级电路、装置或系统的讨论可同样适用于初级电路、装置或系统。
3.作为本公开主题的ipt系统和电路在实践中具有许多不同的应用。一种流行的应用是为电动汽车(ev)充电。随着电动汽车(ev)在世界范围内的持续普及，有效的充电技术已经成为讨论的重点。传统上，一直使用传导充电技术(有线充电),然而这些技术在高功率水平下存在可靠性和安全性问题。为了最大程度地减少安全问题，最少的用户输入是启动充电过程的首选，因此已经转向无线充电技术。诸如sae j2954的标准的引入进一步凸显了这一趋势，所述标准为电动汽车无线充电器的实施提供了规范指南。sae j2954规定通过感应电能传输(ipt)进行无线充电，这是目前无线电源应用的首选技术。
4.在诸如图1所示的传统ipt系统中，初级和/或次级电路具有功率传输线圈、可以包括一个或多个元件或部件的补偿网络，以及可以是半桥或全桥的功率转换器。当初级线圈与次级线圈之间的磁耦合改变时，或者当ev电池电压改变时，初级线圈和/或拾取器中的控制器必须通过调制施加在初级线圈和/或拾取器补偿网络的输入上的有效电压来调制功率流。如果输送固定量的功率，那么调制补偿网络输入端的电压会导致电流变化。例如，如果耦合增加3倍(电动汽车充电器的典型情况)，那么需要通过开关调制将施加的电压降低3倍，这导致开关电流增加3倍。这不仅增加了开关的传导损耗，还增加了开关损耗(由于调制)和所需器件的成本。这些问题不仅仅适用于电动汽车应用。
5.在一些应用中，补偿网络被设计成补偿由功率转换器在工作点引入的非线性，但是仍然存在由未补偿的电路运行中的耦合或负载的变化引起的显著的无功阻抗分量，导致功率因数差和系统损耗。
6.在一些应用中，使用有源控制使补偿网络失谐，以调节功率流，而不调制开关的占空比。这通过使用例如相位控制、接通/断开电抗元件或使用可变电抗器来实现。尽管这可能有助于降低开关损耗，但电流应力仍然是一个问题。此外，使补偿网络失谐会导致功率因数变差，进一步增加系统损耗。
7.一些系统已尝试使用阻抗压缩网络(缩写为zcn)和可调谐匹配网络(缩写为tmn)来解决上述问题。阻抗压缩网络的唯一目的是在输出电压变化时(例如，由于电池从280v充电到420v)被动调节功率传输。因此，可调谐匹配网络仅用于在由于焊盘之间的未对准而导致耦合改变时调节功率流。补偿网络是专门设计的，使得当使用tmn控制负载支路的阻抗时，系统仍然几乎保持在工作频率下被调谐。控制负载支路的阻抗有助于系统在不增加所
用功率电子器件的电流应力的情况下调节功率流。
8.不幸的是，阻抗压缩网络和可调谐匹配网络会显著增加无线功率传输系统的成本和尺寸。
9.目标
10.本公开的目的是提供一种装置、系统或方法，其克服现有系统的一个或多个缺点或者至少提供可行的替代方案。


技术实现要素：

11.本公开提出一种具有补偿网络和受控功率转换器的次级或初级无线功率传输电路，所述无线功率传输电路被配置为控制电路的阻抗。
12.所提出的电路可以使用现有的功率转换器和现有的补偿网络，从而提供可以用来实现与采用zcn和tmn的系统或方法类似性能的系统或方法。然而，这些电路的操作明显不同于无线功率传输电路的阻抗控制的已知方法。
13.在一个方面，提供了一种用于控制无线功率传输电路的方法，所述无线功率传输电路包括补偿电路和连接到所述补偿电路的可控功率转换器，所述方法包括：
14.切换所述可控功率转换器以提供受控电抗，所述受控电抗与所述补偿网络的所述电抗相结合基本上补偿在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。
15.所述无线功率传输电路包括调谐的无线功率传输电路，并且所述方法进一步包括操作所述调谐的无线功率传输电路以在不是所述调谐的无线功率传输电路的调谐频率的频率下无线地接收或传输功率。
16.切换所述可控功率转换器以提供受控电抗，从而补偿在所述无线功率传输电路从另一无线功率传输电路无线地接收功率或向所述另一无线功率传输电路无线地传输功率时在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。
17.切换所述可控功率转换器以提供受控电阻。
18.所述方法可以包括切换所述可控功率转换器以最小化或消除在所述无线功率传输电路的输入处见到的阻抗。
19.切换所述可控功率转换器以控制所述可控功率转换器的相位角，从而提供受控电抗。
20.控制所述转换器的所述相位角包括控制所述转换器两端的ac电压与流入或流出所述转换器的ac电流之间的角度。
21.在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的电抗变化是通过以下操作中的至少一个操作引入的：从另一无线功率传输电路无线地接收功率，或者向所述另一无线功率传输电路无线地传输功率；将功率传输到由所述无线功率传输电路供电的负载。
22.所述方法进一步包括监测所述无线功率传输电路的输出电压或电流，并且切换所述可控功率转换器以控制所述输出电压或电流。
23.切换所述可控功率转换器以控制在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电阻。
24.所述可控功率转换器可以用于控制在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电阻，从而控制传输到所述无线功率传输的功率，或者控制传输到输出的功率。
25.在相位角范围内控制所述可控功率转换器的相位角，从而提供受控电抗范围以补偿在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的电抗变化的范围。
26.所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器，使得在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电抗是最小电感性的。
27.可以切换所述可控功率转换器，使得由所述无线功率传输电路传输的所述功率在所述无线功率传输电路的功率传输线圈两端的电压的两倍变化上保持基本恒定。
28.所述可控功率转换器被控制，使得在所述无线功率传输电路的所述输入处的功率因数在所述无线功率传输电路的功率传输线圈两端的电压的两倍变化上保持基本恒定。
29.所述可控功率转换器可以补偿从所述输出充电的电池的充电水平的变化。
30.所述方法进一步包括监测所述无线功率传输电路的电压输出或电流输出，
31.切换所述可控功率转换器的开关，以控制所述受控功率转换器功率传输电路的电抗，以提供所需的电压输出或电流输出。
32.在另一方面，提供了一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括
33.补偿网络，
34.可控功率转换器，所述可控功率转换器连接到所述补偿网络，所述可控功率转换器被配置为向负载供电并且提供受控电抗，所述受控电抗与所述补偿网络的所述电抗相结合基本上补偿在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。
35.所述补偿网络包括第一子网络和第二子网络，所述第一子网络包括功率传输线圈，并且其中所述第一子网络的电抗基本上被所述第二子网络的组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。
36.所述无线功率传输电路包括拾取器电路，并且在所述输入处见到的所述电抗包括由初级电路见到的电抗。
37.所述无线功率传输电路包括初级电路，并且在所述输入处见到的所述电抗包括由连接到所述可控功率转换器的电源见到的电抗。
38.通过控制所述可控功率转换器的相位角来提供所述受控电抗。
39.所述受控功率转换器被配置为控制由所述功率传输电路接收的所述功率。
40.所述受控功率转换器被配置为控制提供给由所述无线功率传输电路供电的负载的所述功率。
41.所述受控功率转换器被配置为控制所述相位角以提供受控电抗的范围。
42.所述受控功率转换器包括一个或多个开关，所述开关被打开或闭合以控制所述相位角。
43.所述第一子网络包括所述补偿网络的第一支路，并且所述第二子网络包括所述补偿网络的第二支路。
44.所述第二子网络包括所述补偿网络的第三支路。
45.在另一方面，提供了一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括
46.补偿网络，所述补偿网络包括第一子网络和第二子网络，所述第一子网络包括功率传输线圈，
47.可控功率转换器，所述可控功率转换器连接到所述补偿网络，所述可控功率转换器被配置为向负载供电并且提供受控电抗，
48.其中所述第一子网络的所述电抗基本上被所述第二子网络的组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。
49.对于提供给所述负载的功率范围，第一补偿网络和所述功率传输线圈的组合电抗基本上被第二补偿网络的所述组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。
50.所述可控功率转换器被配置为提供电抗，所述电抗与所述补偿网络相结合使得所述电路的输入阻抗看起来基本上是电阻性的和/或最小电感性的。
51.可以提供控制器，所述控制器被配置为控制所述可控功率转换器的相位角。
52.所述控制器可以被配置为控制所述可控功率转换器的所述相位角，以控制所述电路的输入电抗。
53.所述控制器可以被配置为控制所述可控功率转换器的所述相位角，以控制所述电路的输入电阻。
54.所述可控功率转换器可以被配置为控制提供给所述负载的有功功率。
55.在另一方面，提供了一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括
56.功率传输线圈；
57.补偿网络，所述补偿网络包括并联连接的第一电抗元件和第二电抗元件；
58.可控功率转换器，所述可控功率转换器与所述第二电抗元件串联连接；
59.其中所述可控功率转换器被配置为使得所述可控功率转换器和所述第二电抗元件的组合阻抗基本上平衡所述第一电抗元件的阻抗。
60.在另一方面，针对无线功率传输电路提供了一种阻抗压缩方法，所述无线功率传输电路具有功率传输线圈、补偿电路和可控功率转换器，所述可控功率转换器具有用以向负载供电的输出，所述方法包括：
61.监测所述无线功率传输电路的功率输出，控制所述功率转换器的相位角以改变所述功率转换器的电抗，从而可控地改变与所述补偿网络的支路并联的阻抗，由此从所述功率传输电路的输入来看，负载的变化的幅度减小。
62.在另一方面，提供了一种方法，所述方法包括谐振感应功率拾取器无线从感应功率初级线圈接收功率，操作功率转换器以对从所述感应功率初级线圈接收的功率进行整流，以用于供应给连接到所述谐振感应功率拾取器的负载，并且同时控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与所述感应功率传输初级线圈的耦合的可变性和/或由所述功率转换器供电的所述负载的变化。
63.所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由与所述感应功率传输初级线圈的所述耦合引起的可变未补偿电抗。
64.所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由所述功率转换器供电的所述负载的变化引起的可变未补偿电抗。
65.所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对提供给所述负载的功率进行整流，以适应由所述谐振感应功率拾取器见到的所述负载的变化。
66.所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对提供给所述负载的功率进行整流以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与所述感应功率传输初级线圈的所述耦合的可变性以及由所述功率转换器供电的所
述负载的变化。
67.所述方法包括控制所述功率转换器以校正所述感应功率传输初级线圈与所述谐振感应功率拾取器之间的功率因数，其中所述功率转换器被控制以引入产生接近一的功率因数的受控电抗。
68.所述方法包括控制所述功率转换器以同时调节供应给所述负载的功率并且控制由所述谐振感应功率拾取器反射到所述感应功率传输初级线圈上的阻抗。
69.所述方法包括控制供应给所述负载的所述功率，以调节连接到所述谐振感应功率拾取器的电池中的电荷。
70.所述方法包括控制所述功率转换器以基本上消除反射阻抗的电抗分量。
71.所述方法包括控制供应给所述负载的所述功率以调节连接到所述谐振感应功率拾取器的电池中的所述电荷，以及控制所述功率转换器以基本上消除所述反射阻抗的电抗分量。
72.在另一方面，提供了一种方法，所述方法包括无线地传输功率的谐振感应功率传输电路，操作功率转换器以调节供应给连接到所述谐振感应功率传输电路的负载的功率，以及同时控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与另一谐振感应功率传输电路的耦合的可变性和/或由所述功率转换器供电的所述负载的变化。
73.所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由与所述另一感应功率传输电路的所述耦合引起的可变未补偿电抗。
74.所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由所述功率转换器供电的所述负载的变化引起的可变未补偿电抗。
75.所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对供应给所述负载的功率进行整流，以适应由所述另一谐振感应功率传输电路见到的所述负载的变化。
76.在另一方面，新的方法或系统可以概括为，
[0077]-有源阻抗压缩：通过使用一个或多个开关有源地控制zcn上的有效负载阻抗从而调节功率流，将tmn的功能性与zcn集成在一起。zcn也可以稍作调谐，以进一步优化性能。
[0078]-有源阻抗匹配：用连接在补偿网络输出处的有源整流器替换tmn。为了将这个新系统作为tmn运行，它使用电感-电容-电抗(lcx)网络，而不是传统的lcl、并联或串联补偿网络。新lcx网络的x分量被配置为辅助类似tmn的操作，同时调制有源整流器相对于其电流的相位以及有源整流器产生的电压幅度，以主动控制负载支路的阻抗，从而调节功率流。
[0079]
在另一方面，本公开提供了一种用于无线功率传输初级线圈或次级线圈的有源阻抗压缩电路，所述电路包括：
[0080]
电感元件和电容元件，
[0081]
桥，所述桥可操作地连接到电感元件和电容元件，所述桥具有至少一个有源开关，以及
[0082]
控制器，所述控制器用于控制至少一个开关，以主动控制阻抗压缩电路两端呈现的有效负载阻抗。
[0083]
在另一方面，本公开提供了一种用于控制无线功率传输初级线圈或次级线圈中的功率流的方法，所述方法包括：
[0084]
控制桥的至少一个开关，以主动控制阻抗压缩电路两端呈现的有效负载阻抗，从而控制功率流。
[0085]
阻抗压缩电路可以包括补偿网络。
[0086]
在一个方面，本公开提供了一种用于无线功率传输初级线圈或次级线圈的有源阻抗匹配电路，所述电路包括：
[0087]
电感-电容-电抗(lcx)网络，
[0088]
有源整流器，以及
[0089]
控制器，所述控制器用于控制整流器的相位，以有源地控制电路阻抗。
[0090]
lcx网络可以包括lcl网络。
[0091]
在另一方面，本公开提供了一种用于无线功率传输初级线圈或次级线圈的有源阻抗匹配电路，所述电路包括：
[0092]
电感-电容-电抗(lcx)网络，
[0093]
有源整流器，以及
[0094]
控制器，所述控制器用于调制整流器电压以有源地控制电路阻抗。
[0095]
电路阻抗的控制可以包括电路的输入阻抗的控制。
[0096]
优选地，有源整流器包括受控功率转换器。
[0097]
在另一方面，本公开提供了一种用于控制无线功率传输初级线圈或次级线圈中的功率流的方法，所述方法包括：
[0098]
控制lcx网络的x分量以提供调谐的匹配网络，从而控制功率流。
[0099]
优选地，lcx网络包括lcl网络。
[0100]
优选地，还控制有源整流器的相对于其电流的相位。
[0101]
优选地，由有源整流器产生的电压幅度被调制。
[0102]
优选地，所述方法包括控制上述的一者或多者以有源地控制阻抗，从而调节功率流。
[0103]
在另一方面，本公开提供了一种拾取器，所述拾取器包括拾取器线圈、连接到拾取器的调谐电容器，以及包括至少一个开关的整流器，其中拾取器被配置为切换整流器以控制从拾取器反射到初级线圈的阻抗。
[0104]
优选地，反射阻抗被控制为最小。
[0105]
拾取器可以被配置为切换整流器以:补偿拾取器中的电阻变化，和/或调制整流器两端的rms电压，和/或补偿拾取器电路中电池的充电水平，和/或补偿拾取器与初级线圈之间的耦合因数，和/或补偿拾取器线圈与初级线圈的未对准，和/或控制整流器两端的电压与通过整流器的电流之间的相位角。
[0106]
在一些实施方案中，拾取器不包括：可调谐匹配网络，和/或连接在拾取器线圈与整流器之间的可变电抗网络，和/或无源阻抗压缩网络。
[0107]
优选地，拾取器包括补偿网络，调谐电容器是补偿网络的一部分，并且整流器连接到补偿网络的输出。在一些实施方案中，拾取器被配置为使整流器短路以控制反射阻抗。在一些实施方案中，整流器包括具有至少两个二极管的桥。
[0108]
在另一方面，本公开提供了一种用于控制从无线拾取器反射到无线初级线圈的阻抗的方法，所述方法包括从无线初级线圈无线地接收功率，利用整流器对从无线初级线圈
接收的功率进行整流以输送到负载，以及控制整流器以调制反射回初级线圈的阻抗。
[0109]
在一些实施方案中，所述方法包括控制通过整流器的电流与整流器两端的电压之间的相位角，以调制反射回初级线圈的阻抗，和/或控制整流器两端的rms电压，以调制反射回初级线圈的阻抗。优选地，所述方法包括切换整流器内的至少一个开关以使整流器电路短路。
[0110]
如本文所使用，术语“和/或”是指“和”或“或”或两者。如本文所使用，在名词之后的“(一或多个(s))”是指所述名词的复数和/或单数形式。如本说明书中所使用，术语“包括”是指“至少部分地由
……
组成”。当对在本说明书中包括术语的陈述进行解释时，在每个陈述中由术语引出的特征都需要存在，但其他特征也可以存在。诸如“包括”和“被包括”的相关术语将以相同的方式解释。预期对本文所公开的数字范围(例如1到10)的提及也结合在所述范围内的所有有理数(例如1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)以及也在所述范围内的任何有理数范围(例如2到8、1.5到5.5和3.1到4.7)的提及。上文和下文提出的所有申请、专利和公开的全部公开内容(如果存在的话)在此以引用的方式并入。
[0111]
所公开的主题还提供方法或系统，所述方法或系统可从广义上说在于个别地或共同地在本说明书中参考或指示的零件、元件以及特征，在于那些零件、元件或特征中的两者或更多者的任何或所有组合。当本说明书中提及的特定完整物在本发明涉及的领域中具有已知等效物时，则这种已知等效物被视为并入本说明书中。
[0112]
本发明的其他方面可从仅以示例方式且参考附图给出的以下描述变得显而易见。
附图说明
[0113]
下面参照附图描述示例或实施方案，其中:
[0114]
图1示出了ipt系统的示意图；
[0115]
图2示出了具有带一个开关的受控功率转换器的ipt系统拾取器；
[0116]
图3示出了具有带2个开关的受控功率转换器的ipt系统拾取器；
[0117]
图4示出了具有带4个开关的受控功率转换器的ipt系统拾取器；
[0118]
图5示出了具有使用通用功率转换器布置的有源压缩网络的ipt系统拾取器；
[0119]
图6示出了图2至图5电路的等效电路；
[0120]
图7a示出了上图2的电路的示例性波形；
[0121]
图7b示出了上图3的电路的示例性波形；
[0122]
图8示出了图2至图6电路的另一等效电路；
[0123]
图9示出了具有有源阻抗控制拓扑的ipt系统拾取器；
[0124]
图10示出了具有有源阻抗控制拓扑的ipt系统初级线圈；
[0125]
图11示出了通用形式的有源阻抗控制拓扑；
[0126]
图12是有源阻抗控制等效电路；
[0127]
图13示出了可以被操作以提供受控阻抗的拾取器电路。
[0128]
图14示出了图13的受控功率转换器的电压和电流波形；
[0129]
图15示出了图13电路的另一等效电路；
[0130]
图16a示出了阻抗zac的实部相对于ψ&φ的图，其中vout＝350v&pout＝7700kw；
[0131]
图16b示出了阻抗zac的虚部(电抗分量)相对于ψ&φ，其中
[0132]
vout＝350v&pout＝7700kw；
[0133]
图17a示出了阻抗zs的实部相对于ψ，其中φ＝π,vout＝350v&pout＝7700kw；
[0134]
图17b示出了阻抗zs的虚部相对于ψ，其中φ＝π,vout＝350v&pout＝7700kw；
[0135]
图18a示出了图17a和图17b的工作点a处的模拟波形；
[0136]
图18b示出了图17a和图17b的工作点f处的模拟波形。
具体实施方式
[0137]
本文献公开了可用于有源地控制wpt电路(诸如初级或次级功率传输电路或系统)的有效阻抗以便调节功率流的技术。这些技术包括调谐初级和/或拾取补偿网络，以促进有源阻抗匹配，而不会显著影响系统在固定频率下工作时的调谐。由受控功率转换器产生的电压相对于通过功率转换器的电流的相位(即功率转换器相位角)被调整，以产生可控阻抗，特别是可控电抗。这种可控阻抗与适当调谐的补偿网络一起，允许在以固定频率工作的同时控制功率流，而不会显著影响系统的调谐。新技术不仅取消了转换级，而且通过降低功率转换器中的传导损耗和促进软开关，可以显著提高效率。
[0138]
本公开中提供的示例主要针对实施用于经由无线功率传输系统的拾取器或次级电路实施的有源阻抗控制的方法和系统。然而，本领域普通技术人员将会理解，所述方法或系统同样可以在wpt/ipt系统的初级电路上执行，或者跨初级和次级电路执行。
[0139]
如上所述，对于现有技术的电路，功率因数是一个问题。利用本公开的有源阻抗控制，解决了功率因数问题，因为阻抗，特别是电抗，补偿允许在电路中见到主要的或单独的电阻性负载，所以当电压和电流出现或同相时，功率因数基本上是单一的。
[0140]
典型的wpt/ipt系统在图1中示出，通常标记为1，其中初级电路2具有连接在dc源(或负载)vin与补偿网络4之间的功率转换器3，所述补偿网络包括功率传输线圈lpt。类似地，拾取器或次级电路5具有补偿网络6，所述补偿网络包括功率传输线圈lst和功率转换器7，所述功率转换器也连接到负载(或源)vout。
[0141]
本公开给出了用于电路的多个说明性配置，所述电路包括补偿网络和允许控制电路阻抗的受控功率转换器。图2至图5示出了电路，其中受控功率转换器具有不同的配置：一种是如图2所示，仅用一个开关替换一个二极管；一种是如图1所示，用开关替换两个二极管；并且另一种如图4所示，替换了所有四个二极管。或者，可以使用任何其他功率转换器，如图5所示。因此，本文中对受控功率转换器的引用可以包括多个单独的可控转换器。
[0142]
在本文中，受控功率转换器包括可被控制的开关转换器，诸如受控整流器。受控功率转换器还包括半桥或全桥转换器，以及本文提及或公开的任何其他拓扑。
[0143]
在图2中，示出了拾取器(或次级)wpt电路，通常标记为10。vsr表示由时变磁场在功率传输线圈lst中感应的电压，所述时变磁场例如由初级wpt电路产生。lst、csi、cst和xtmn形成已知的lcl拓扑补偿网络。网络的第一支路14主要或完全是电感性的，第二支路16主要或完全是电容性的，第三支路18主要或完全是电感性的。在所示的示例中，支路18可以包括tmn，然而在其他实施方案中，它可以简单地包括例如电感器，或者电感器和串联连接的电容器。补偿网络具有包括第一支路14和第二支路16的第一回路。它具有第二回路，所述第二回路包括第二支路16、第三支路18和连接到所述支路的包括受控功率转换器的部件。
[0144]
在现有技术拓扑中，补偿网络12通常连接到诸如整流器的功率转换器，所述功率
转换器可以被控制以提供vout。然而，在这个示例中，lcl补偿网络的输出经由lzc和czc连接到功率转换器30和32。可以看出，在这个示例中以及在诸如图2至图4的其他示例中，所述拓扑通过以下方式将电能从补偿网络2提供给负载r
ldc
(包括dc滤波电容器c
dc
)：
[0145]
a)包括l
zc
和受控功率转换器30的第一输出支路24；和
[0146]
b)包括c
zc
和受控功率转换器32的第二输出支路26。
[0147]
支路14和16彼此平行设置。电感lzc在这个示例中使用两个分立电感实现，每个电感器的电感为0.5lzc。两个电感串联后的总电感为lzc。类似地，电容czc在这个示例中使用两个分立电容器实现，每个电容器的电容为2czc。两个电容串联后的总电容为czc。
[0148]
通过有源地控制支路24和26，控制整流器30和32以提供受控的dc输出vout和电路的阻抗。
[0149]
可以看出，图2至图4的电路可以用图5所示的等效电路来表示，其中功率转换器通常用50表示。图2至图4的不同配置提供了不同的成本、控制复杂性、控制自由度和有效性。可以控制功率转换器开关的占空比来改变lzc、czc、rlac和rcac，以便调节功率流。可以控制所述受控功率转换器或每个受控功率转换器的相位角，以在电路的阻抗出现在vsr时，即出现在向图2至图4的电路无线地供电的初级电路时，调节电路阻抗的阻抗。
[0150]
图7a示出了包括图1的受控功率变换器30和32的整流器的几个示例性波形。每个整流器包括一个桥式电路。波形展示了如何控制整流器以调节来自拾取器的反射阻抗。在图6a所示的示例中，每个整流器中的开关由控制器40(例如微处理器)操作，以确保在零电压(zvs)下导通，并且vsi波形滞后于isi波形可控量(由开关的占空比调节)。控制器40在图1中示出，并且可以包括诸如vout和/或iout的输入42和44以及提供信号以控制开关d的输出46。
[0151]
图7a顶部所示的第一个波形表示流过整流器的电流(isi)。下一个波形表示电桥左腿上的返回二极管两端的电压(vsa)。中间的波形表示开关d两端的电压(它替换了电桥右腿上的返回二极管)。第四个波形表示开关(d)的导通状态。图6a底部所示的最终波形表示整流器两端的电压(vsi)。
[0152]
整流器电流(isi)近似于正弦波形。在前半个周期，电流(isi)经由电桥的左腿进入整流器，流过负载(rl,dc)，并且经由开关(d)返回。这在电桥左腿的返回二极管两端产生一个电压(vsa),所述电压与电流(isi)波形的正周期相对应。二极管电压(vsa)近似于图7a中整流器电流(isi)波形正下方所示的方波。
[0153]
当开关(d)导通时，开关(d)两端的电压(vsb)在循环的前半部分期间保持为零。在循环的后半部分期间，开关(d)被控制以操纵整流器电流(isi)与整流器电压(vsi)之间的相位角。在图7a中，当馈送到整流器(isi)的电流反向时，开关(d)在循环的后半部分期间继续导通一段时间。在此期间，开关(d)使整流器短路。整流器电流(isi)经由电桥的右腿进入整流器，流过开关(d),然后经由电桥左腿上的回流二极管返回。
[0154]
在循环的后半部分的中途，控制器将开关(d)切换到非导通状态。这使得电流(isi)流过负载(rl,dc),并在整流器两端产生电压(vsi)。控制器被配置为操作开关(d)以操纵整流器电流(isi)与整流器电压(vsi)和/或负载两端的rms电压之间的相位角。例如，控制器可以调制整流器电压(vsi)在循环的后半部分被箝位的时间，以控制整流器的电压波形。
[0155]
图7b示出了图2的两个开关整流器的示例性工作波形。在图7b所示的示例中，每个整流器中的开关由控制器20(例如微处理器)操作，使得可以实现zvs导通，并且vsi波形滞后于isi波形根据开关的占空比的可控量。因此，图6中最右边的两个支路可以表示为与可控电阻串联的可控电容，如图8所示。除了在足够的品质因数q下通过改变可控电阻器来控制功率流的能力之外，这个可控电容有助于调节流向负载的功率流，同时保持功率因数接近一。
[0156]
图7b顶部所示的第一个波形表示流过整流器的电流(isi)。下一个波形表示电桥左腿上的开关(d1)两端的电压(vsa)。第三个波形表示电桥右腿上的开关(d2)两端的电压(vsb)。第四个波形表示开关(d1)的导通状态。第五个波形表示开关(d2)的导通状态。图7b底部所示的最终波形表示整流器两端的电压(vsi)。
[0157]
整流器电流(isi)近似于正弦波形。最初，两个开关(d1,d2)都处于导通状态，有效地绕过整流器，并在电流(isi)波形与电压(vsi)波形之间引入相位差。电流(isi)经由电桥的左腿进入整流器，从左开关(d1)流向右开关(d2)，并且经由电桥的右腿流出。整流器两端的电压(vsi)被箝位在零伏，并且没有功率传输到负载(rl,dc)。
[0158]
在循环的前半部分中途，左侧开关(d1)被控制器切换到非导通状态。这使得电流(isi)通过左侧二极管流向负载(rl,dc)，并且经由右侧开关(d2)返回。这会在左侧开关(d1)与整流器(vsi)之间产生电压(vsa)。开关电压(vsa)近似于图7b中整流器电流(isi)波形正下方所示的方波。整流器电压近似于图7b底部所示的波形。
[0159]
在循环的前半部分期间，右开关(d2)两端的电压(vsb)保持为零。在循环的后半部分期间，右开关(d2)被控制以操纵整流器电流(isi)与整流器电压(vsi)之间的转换器相位角。在图7b中，当馈送到整流器(isi)的电流反向时，右开关(d2)在循环的后半部分期间继续导通一段时间。在此期间，右开关(d2)使整流器短路。整流器电流(isi)经由电桥的右腿进入整流器，流过右开关(d2)，并且经由左开关(d1)返回。
[0160]
在循环的后半部分中途，控制器将右开关(d2)切换到非导通状态。这使得电流(isi)通过右侧二极管流向负载(rl,dc)。这会在右开关(d2)与整流器(vsi)之间产生电压(vsb)。
[0161]
控制器被配置为操作开关(d1,d2)以操纵电流被馈送到负载(rl,dc)的每个循环期间的时间。例如，控制器可以调制整流电压(vsi)在每个循环期间被箝位的时间，以控制负载两端的rms电压，和/或整流器电流(isi)与整流器电压(vsi)之间的相位角。
[0162]
受控功率转换器控制整流器电流与电压之间的转换器相位角的能力(根据如上所述的拾取器或次级线圈的示例)意味着转换器的阻抗可以被控制。因此，如图8所示，可以控制xac。包括cst和与cst并联的部件(即，包括xtmn、xac和r
lc
的那些部件)的补偿网络包括受控压缩阻抗网络。
[0163]
上述技术可以进一步发展，以提供有源阻抗控制或匹配，这提供了有源压缩和调谐的功能优势，但在补偿网络之后仅需要单个逆变器。这由图9至图11中的电路示出。在这些图中，补偿网络2的第三支路8的阻抗表示为xsi。如下面将进一步描述的，提供补偿网络中的电抗，使得第一支路2的电抗基本上被第二支路6、第三支路8和可控功率转换器的组合电抗抵消。这将在下面进一步描述。图9是可以实现本文所公开的有源阻抗匹配的wpt拾取器电路的示例。图10是可以实现本文所公开的有源阻抗控制和/或匹配的wpt初级电路的示
例。用于图9(或图10)电路的受控功率转换器可采用多种形式(如上文图2至图4所示),因此可以概括地表示，如图11所示。对于在诸如图10的初级电路中的实施，dc输入源可以是可变电压，例如太阳能电池板，并且负载可以包括提供给次级线圈的功率。因此，可以控制与可变源连接的功率转换器和补偿网络以控制输入阻抗，在这个示例中，输入阻抗是由可变输入电源见到的阻抗。
[0164]
操作原理基于上述原理，因为功率转换器被操作为使得转换器和负载表现为可变电抗和电阻器，如图12所示。同样，这是通过使vsi波形滞后/超前于isi波形来实现的，从而有效地控制转换器的相位角。
[0165]
构建电路模型作为示例来说明电路设计和功能对于技术人员是有帮助的。
[0166]
使用变量φ和ψ控制图13中的全桥转换器，如图14中所定义。变量φ对应于可控功率转换器的占空比。变量ψ是可控转换器的电压与电流之间的角度，因此是转换器的相位角。这个角度可通过使用控制器40如以上通过示例所描述的控制转换器开关来控制。
[0167]
因此，转换器输入两端的方波电压由下式给出
[0168][0169]
使用(5)并假设转换器的效率为100％，可以展示
[0170][0171]
使用(6)并再次假设转换器的效率为100％，可以展示
[0172][0173]
其中rac是转换器和电池的阻抗的实部。如果将xac定义为同一阻抗的虚部，则可以说
[0174][0175]
将(5)和(6)代入(8)得到
[0176][0177]
总之，图13所示的电池和全桥转换器可以表示为具有实部和虚部的阻抗，如图15所示。
[0178]
使用图15中的等效电路并通过定义
[0179]
x
eq
＝ωl
si-1/(ωc
si
)+x
ac
；
[0180]
cst、lsi、转换器和负载的组合阻抗由下式给出
[0181][0182]
和
[0183][0184]
此外，由感应电压见到的总阻抗由下式给出
[0185][0186]
因此，对于给定的一组工作条件，可以通过选择lst和cst,s来调谐电路，使得它们的组合阻抗等于这些工作条件下的im{z1}的值。在这种情况下，(12)减少到
[0187]zs
≈re{z1}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0188]
对于固定负载(例如电池)电压，使用(7)和(9)来模拟tmn的可变电容或电感。理想情况下，ψ可以随固定占空比φ变化，以便在rac变化最小的情况下改变xac。对于电池电压和输出功率的大多数值，π的固定φ产生xac相对于ψ的最大变化，因此基本上用作tmn。然而，使用π的φ往往会产生rac的最大变化。φ和ψ的值的阻抗实部和虚部如图16a和图16b所示。
[0189]
从(7)和(10)可以看出，可以通过调整ψ来控制re{z1}。因此，根据(13)，输送到次级线圈的有功功率可以经由re{z1}由ψ控制，并且由下式给出
[0190][0191]
因此，可以看出，结合补偿网络，可控功率转换器(例如图13中的转换器50)的相位角ψ的控制允许对功率传输电路的阻抗进行有源控制。这又允许控制转换器相位角，以控制输送到功率传输电路的有功功率，从而控制负载可用的功率。
[0192]
补偿网络可以被认为是两个子网络。第一子网络包括第一支路14，并且第二子网络包括第二支路16和第三支路18。从(12)可以看出，使补偿电路12的子网络具有至少改善或消除第二子网络的组合电抗(或阻抗)的电抗(或阻抗)，与可控功率转换器的电抗相结合，允许对功率传输电路的阻抗进行有源控制。这是通过使用补偿网络和功率转换器来部分或全部消除功率传输电路电抗来实现的。因此，在次级电路的示例中，进入电路的阻抗基本上或完全是电阻性的。如下面进一步解释的，功率传输电路可以被设计成在功率转换器的相位角操作范围内实现这一点。
[0193]
与被调谐为在无线地传输功率的频率下谐振的传统补偿网络不同，可以看出，本文的补偿网络被调谐以允许受控功率转换器的电抗。
[0194]
还将见到，受控功率转换器的电抗(或阻抗)的控制允许使用本文所公开的lcl网络(或那些网络的变体)来实施阻抗压缩。第二和第三支路(即补偿网络12的支路16和18)彼此并联。第三支路有效地具有受控功率转换器50的阻抗和与其串联的负载r)。随着负载变化，可以控制转换器相位角以平衡第三支路18和其串联元件的总阻抗，从而匹配或平衡第二支路16的阻抗。因为支路是并联的，所以当查看功率传输电路时，负载变化的影响被减小或降低。因此，如果阻抗压缩在如图13所示的次级功率传输电路中实施，则由次级线圈供电的负载的变化的影响减小，如由向所述次级电路供应功率的初级电路所见到的。
[0195]
为了验证上述内容，设计了一个7.7kw的系统。由于(10)和(11)中有大量的变量，
无源元件的值是用图形方式表示的。本领域技术人员将会理解，上面提供的模型提供了足够的信息来为一组给定的所需工作条件选择部件值，并且下面的方法仅仅是一个说明性示例。
[0196]
对于lsi和cst的不同组合，z1的实部和虚部相对于ψ绘制。然后根据一组标准对这些组合进行评估。首先，需要有一个使im{zs}尽可能平坦的ψ范围。这有助于将范围放置在曲线的转折点周围，以利用那里固有的较低梯度，如图17b所示。第二，对于所述范围，期望re{zs}的变化尽可能大。第三，在不超过可用功率传输线圈的阻抗的工作范围内需要im{zs}的值。否则，不存在会导致im{zs}为零的cst,s值。
[0197]
要选择cst,s，其与lst的组合阻抗应等于im{zs}的最小值。这使得im{zs}在整个工作范围内为最小电感性的。这进而转化为在初级逆变器输出和初级开关的软开关处见到的感应负载。此外，这种选择方法确保具有re{z1}的最低值的点(图17a和图17b中的点f)被完全调谐。这是相关的，因为此时相同的失谐量会导致功率因数较低。
[0198]
从整流器的角度来看，将ψ的值限制在闭合区间(-π/2,0)使xac和zac保持电感性。这样做可以确保所有次级开关的zvs关闭。
[0199]
表1中汇总了所选参数。
[0200]
表1所选参数汇总
[0201][0202]
通过用等于v
si
的基波分量的正弦电压源替换转换器和电池，在ltspice中对系统进行建模。变量ψ通过改变定义为v
sr
与v
si
之间的角度的θ间接地控制。
[0203]
图17示出了所选工作点的预测阻抗，表2示出了对应仿真数据。所述模型随后通过用方波源表示电池和转换器进行了改进。图18a和图18b示出了使用改进模型的工作点a和f的仿真波形。
[0204]
仿真显示系统可以容忍图17a和图17b的工作点a与f之间的2.27倍的电压变化，其中所有工作点具有接近一的功率因数(pf)(从v
sr
的角度来看)除了点d之外，它们还显示与大多数测试点的数学模型的良好一致性。在这个点处，在与预测值不同0.03弧度的ψ值处实现了7700w。此外，对于c&d与d&e之间的许多未标记点，没有将产生7700kw的ψ值。有人提出，这是因为l
st
和c
st,s
与c
st,p
失谐，导致通过l
si
产生反向电流。
[0205]
根据(14)，期望re{z1}相对于ψ具有大的变化，因为这意味着系统能够处理v
sr
的大的变化。然而，增加re{z1}的变化也增加im{z1}的变化，这导致更大的失谐，因为ψ被控制。因此，应当仔细地选择l
si
和c
st,p
的值，即，依赖其而设置re{z1}的变量。
[0206]
表2：结果汇总
[0207][0208]
结合本文所公开的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、例程和算法步骤的控制可以实施为电子硬件(例如，asics或fpga设备)、在计算机硬件上运行的计算机软件或两者的组合。此外，结合本文所公开的实施方案描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器实施或执行，例如处理器设备、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或它们的被设计为执行本文所描述的功能的任何组合。处理器设备可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器设备可以是控制器、微控制器或状态机、它们的组合等。处理器设备可以包括被配置为处理计算机可执行指令的电路。在另一实施方案中，处理器设备包括执行逻辑操作而不处理计算机可执行指令的fpga或其他可编程设备。处理器设备也可以被实施为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核的结合、或者任何其他这样的配置。尽管本文主要针对数字技术进行了描述，但是处理器设备也可以主要包括模拟部件。例如，本文描述的渲染技术中的一些或所有渲染技术可以在模拟电路或模拟和数字混合电路中实施。计算环境可以包括任何类型的计算机系统，包括但不限于基于微处理器的计算机系统、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器或设备内的计算引擎，仅举几例。结合本文所公开的实施方案描述的方法、过程、例程或算法的元素可以直接体现在硬件中、由处理器设备执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可以驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom或任何其他形式的非暂时性计算机可读存储介质中。示例性存储介质可以耦合到处理器设备，使得处理器设备可以从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。或者，存储介质可以集成到处理器设备中。处理器设备和存储介质可以驻留在asic中。asic可以驻留在用户终端中。或者，处理器设备和存储介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
[0209]
本文中使用的条件性语言，诸如“可以(can)”、“可以(could)”、“可以(might)”、“可以(may)”、“例如(e.g.)”等，除非另有特别说明，或在所使用的上下文中以其他方式理
解，通常旨在表达某些实施方案包括某些特征、元件或步骤，而其他实施方案不包括某些特征、元件或步骤。因此，这种条件性语言一般不旨在暗示一个或多个实施方案以任何方式要求特征、元件或步骤，或者一个或多个实施方案必须包括用于在有或没有其他输入或提示的情况下决定这些特征、元件或步骤是否被包括在任何特定实施方案中或要在任何特定实施方案中执行的逻辑。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(having)”等是同义的，并且以开放式的方式包括性地使用，并且不排除额外元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包括性意义(而不是以其排他性的意义)使用，使得当例如用于连接元件列表时，术语“或”意指列表中的一个、一些或所有元件。
[0210]
除非另有明确说明，否则诸如短语“x、y或z中的至少一者”的分离性语言在上下文中应理解为一般用于表示项目、术语等可以是x、y或z或它们的任何组合(例如，x、y或z)。因此，这种分离性语言通常不旨在且不应暗示某些实施方案需要x中的至少一个x、y中的至少一个y和z中的至少一个z各自存在。
[0211]
虽然以上详细描述已经示出、描述和指出了应用于各种实施方案的新颖特征，但是可以理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对所示出的设备或算法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。如可认识到的，本文所描述的某些实施方案可在不提供本文所阐述的所有特征和益处的形式内实施，因为一些特征可与其他特征分开使用或实践。本文公开的某些实施方案的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都包含在其范围内。
[0212]
本文所描述的和/或附图中所描绘的流程图中的任何例程描述、元素或块应该被理解为潜在地表示模块、代码段或代码部分，其包括用于实施例程中特定逻辑功能或元素的一个或多个可执行指令。替代实施包括在本文所描述的实施方案的范围内，其中元件或功能可以被删除，或者不按所示或所讨论的顺序执行，包括基本上同步或以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能，如本领域技术人员将理解的。
[0213]
应当强调的是，可以对上述实施方案进行许多变化和修改，其中的元素应被理解为其他可接受的实例。所有这些修改和变化都旨在包括在本公开的范围内并受以下权利要求保护。

技术特征：
1.一种控制无线功率传输电路的方法，所述无线功率传输电路包括补偿电路和连接到所述补偿电路的可控功率转换器，所述方法包括：切换所述可控功率转换器以提供受控电抗，所述受控电抗与所述补偿网络的电抗相结合基本上补偿在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线功率传输电路包括调谐的无线功率传输电路，并且所述方法进一步包括操作所述调谐的无线功率传输电路以在不是所述调谐的无线功率传输电路的调谐频率的频率下无线地接收或传输功率。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以提供受控电抗，从而补偿在所述无线功率传输电路从另一无线功率传输电路无线地接收功率或向所述另一无线功率传输电路无线地传输功率时在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以提供受控电阻。5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以最小化或消除在所述无线功率传输电路的输入处见到的阻抗。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以控制所述可控功率转换器的相位角，从而提供受控电抗。7.根据权利要求6所述的方法，其中控制所述转换器的所述相位角包括控制所述转换器两端的ac电压与流入或流出所述转换器的ac电流之间的角度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的电抗变化是通过以下操作中的至少一个操作引入的：从另一无线功率传输电路无线地接收功率，或者向所述另一无线功率传输电路无线地传输功率；将功率传输到由所述无线功率传输电路供电的负载。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括监测所述无线功率传输电路的输出电压或电流，并且切换所述可控功率转换器以控制所述输出电压或电流。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以控制在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电阻。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以控制在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电阻，从而控制传输到所述无线功率传输的功率，或者控制传输到输出的功率。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以在相位角范围内控制所述可控功率转换器的相位角，从而提供受控电抗范围以补偿在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的电抗变化的范围。13.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器，使得在所述无线功率传输电路的所述输入处见到的所述电抗是最小电感性的。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器，使得由所述无线功率传输电路传输的所述功率在所述无线功率传输电路的功率传输线圈两端的电压的两倍变化上保持基本恒定。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率
转换器，使得在所述无线功率传输电路的所述输入处的功率因数在所述无线功率传输电路的功率传输线圈两端的电压的两倍变化上保持基本恒定。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括切换所述可控功率转换器以补偿从所述输出充电的电池的充电水平的变化。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括监测所述无线功率传输电路的电压输出或电流输出，切换所述可控功率转换器的开关，以控制所述受控功率转换器功率传输电路的电抗，以提供所需的电压输出或电流输出。18.一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括补偿网络，可控功率转换器，所述可控功率转换器连接到所述补偿网络，所述可控功率转换器被配置为向负载供电并且提供受控电抗，所述受控电抗与所述补偿网络的所述电抗相结合基本上补偿在所述无线功率传输电路的输入处见到的电抗变化。19.根据权利要求18所述的无线功率传输电路，其中所述补偿网络包括第一子网络和第二子网络，所述第一子网络包括功率传输线圈，并且其中所述第一子网络的电抗基本上被所述第二子网络的组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。20.根据权利要求18或权利要求19所述的无线功率传输电路，其中所述无线功率传输电路包括拾取器电路，并且在所述输入处见到的所述电抗包括由初级电路见到的电抗。21.根据权利要求18或权利要求19所述的无线功率传输电路，其中所述无线功率传输电路包括初级电路，并且在所述输入处见到的所述电抗包括由连接到所述可控功率转换器的电源见到的电抗。22.根据权利要求18至21中任一项所述的无线功率传输电路，其中其中通过控制所述可控功率转换器的相位角来提供所述受控电抗。23.根据权利要求18至22中任一项所述的无线功率传输电路，其中所述受控功率转换器被配置为控制由所述功率传输电路接收的功率。24.根据权利要求18至22中任一项所述的无线功率传输电路，其中所述受控功率转换器被配置为控制提供给由所述无线功率传输电路供电的负载的功率。25.根据权利要求18至24中任一项所述的无线功率传输电路，其中所述受控功率转换器被配置为控制所述相位角以提供受控电抗的范围。26.根据权利要求18至25中任一项所述的无线功率传输电路，其中所述受控功率转换器包括一个或多个开关，所述开关被打开或闭合以控制所述相位角。27.根据权利要求19所述的无线功率传输电路，其中所述第一子网络包括所述补偿网络的第一支路，并且所述第二子网络包括所述补偿网络的第二支路。28.根据权利要求27所述的无线功率传输电路，其中所述第二子网络包括所述补偿网络的第三支路。29.一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括补偿网络，所述补偿网络包括第一子网络和第二子网络，所述第一子网络包括功率传输线圈，可控功率转换器，所述可控功率转换器连接到所述补偿网络，所述可控功率转换器被
配置为向负载供电并且提供受控电抗，其中所述第一子网络的所述电抗基本上被所述第二子网络的组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。30.根据权利要求29所述的无线功率传输电路，其中对于提供给所述负载的功率范围，第一补偿网络和所述功率传输线圈的组合电抗基本上被第二补偿网络的所述组合电抗和所述可控功率转换器的所述受控电抗抵消。31.根据权利要求29或权利要求30所述的无线功率传输电路，其中所述可控功率转换器被配置为提供电抗，所述电抗与所述补偿网络相结合使得所述电路的输入阻抗看起来基本上是电阻性的和/或最小电感性的。32.根据权利要求29至31中任一项所述的无线功率传输电路，所述无线功率传输电路进一步包括控制器，所述控制器被配置为控制所述可控功率转换器的相位角。33.根据权利要求32所述的无线功率传输电路，其中所述控制器被配置为控制所述可控功率转换器的所述相位角，以控制所述电路的输入电抗。34.根据权利要求33所述的无线功率传输电路，其中所述控制器被配置为控制所述可控功率转换器的所述相位角，以控制所述电路的输入电阻。35.根据权利要求29至34中任一项所述的无线功率传输电路，其中所述可控功率转换器被配置为控制提供给所述负载的有功功率。36.一种无线功率传输电路，所述无线功率传输电路包括功率传输线圈；补偿网络，所述补偿网络包括并联连接的第一电抗元件和第二电抗元件；可控功率转换器，所述可控功率转换器与所述第二电抗元件串联连接；其中所述可控功率转换器被配置为使得所述可控功率转换器和所述第二电抗元件的组合阻抗基本上平衡所述第一电抗元件的阻抗。37.一种无线功率传输电路中的阻抗压缩方法，所述无线功率传输电路具有功率传输线圈、补偿电路和可控功率转换器，所述可控功率转换器具有用以向负载供电的输出，所述方法包括：监测所述无线功率传输电路的功率输出，控制所述功率转换器的相位角以改变所述功率转换器的电抗，从而可控地改变与所述补偿网络的支路并联的阻抗，由此从所述功率传输电路的输入来看，负载的变化的幅度减小。38.一种方法，所述方法包括谐振感应功率拾取器无线从感应功率初级线圈接收功率，操作功率转换器以对从所述感应功率初级线圈接收的功率进行整流，以用于供应给连接到所述谐振感应功率拾取器的负载，并且同时控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与所述感应功率传输初级线圈的耦合的可变性和/或由所述功率转换器供电的所述负载的变化。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由与所述感应功率传输初级线圈的所述耦合引起的可变未补偿电抗。40.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由所述功率转换器供电的所述负载的变化引起的可变未补
偿电抗。41.根据权利要求40所述的方法，其中所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对提供给所述负载的功率进行整流，以适应由所述谐振感应功率拾取器见到的所述负载的变化。42.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对提供给所述负载的功率进行整流以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与所述感应功率传输初级线圈的所述耦合的可变性以及由所述功率转换器供电的所述负载的变化。43.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以校正所述感应功率传输初级线圈与所述谐振感应功率拾取器之间的功率因数，其中所述功率转换器被控制以引入产生接近单位功率因数的受控电抗。44.根据权利要求38所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以同时调节供应给所述负载的功率并且控制由所述谐振感应功率拾取器反射到所述感应功率传输初级线圈上的阻抗。45.根据权利要求44所述的方法，其中所述方法包括控制供应给所述负载的所述功率，以调节连接到所述谐振感应功率拾取器的电池中的电荷。46.根据权利要求44所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以基本上消除反射阻抗的电抗分量。47.根据权利要求44所述的方法，其中所述方法包括控制供应给所述负载的所述功率以调节连接到所述谐振感应功率拾取器的电池中的所述电荷，以及控制所述功率转换器以基本上消除所述反射阻抗的电抗分量。48.一种方法，所述方法包括无线地传输功率的谐振感应功率传输电路，操作功率转换器以调节供应给连接到所述谐振感应功率传输电路的负载的功率，以及同时控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与另一谐振感应功率传输电路的耦合的可变性和/或由所述功率转换器供电的所述负载的变化。49.根据权利要求48所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由与所述另一感应功率传输电路的所述耦合引起的可变未补偿电抗。50.根据权利要求48所述的方法，其中所述方法包括控制所述功率转换器以产生受控电抗，所述受控电抗基本上抵消由所述功率转换器供电的所述负载的变化引起的可变未补偿电抗。51.根据权利要求50所述的方法，其中所述方法包括动态地控制所述转换器两端的电压与通过所述转换器的电流之间的相位角，同时对供应给所述负载的功率进行整流，以适应由所述另一谐振感应功率传输电路见到的所述负载的变化。

技术总结
一种谐振感应功率传输电路具有向负载供电的功率转换器，并且所述转换器被同时控制以产生受控电抗，所述受控电抗基本上补偿与另一谐振感应功率传输电路的耦合的可变性和/或由所述功率转换器供电的所述负载的变化。所述功率转换器供电的所述负载的变化。所述功率转换器供电的所述负载的变化。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：奥克兰大学服务有限公司
技术研发日：2020.12.24
技术公布日：2022/11/1