无线电力系统中的有源整流的制作方法

无线电力系统中的有源整流
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月6日提交的题为“无线电力系统中的有源整流”的美国临时申请号62/986,212的优先权和权利，其通过引用被整体并入本文。
技术领域
3.以下公开涉及用于无线电力系统中的有源整流的方法和系统，更具体地涉及用于使用具有有源整流器的无线电力接收器对高电压电池进行充电和/或加热的方法和系统。


背景技术：

4.无线电力系统被配置为在传输器和接收器之间无物理接触情况下将电力传输到负载(例如，电子设备的电池)。这种系统的无线电力接收器通常包括整流器以将震荡的能量转换成dc以用于输送到被接收器耦合的负载(例如，电池)。其对整流器高效率地操作可以是有益的。


技术实现要素：

5.在一个方面，本公开的特征在于一种用于控制无线电力接收器的有源整流器的方法。该方法可以包括：确定到整流器的电流的参考值，参考值基于负载要求；基于参考值来确定对到整流器的当前输入电流的所要求的值改变；将表示当前输入电流的所要求的值改变的信号传输到无线电力传输器；在传输信号之后确定当前输入电流的新值；以及，当新值在所要求的值改变的预定范围内时，基于新值用pwm信号来驱动整流器中的至少一个晶体管。
6.该方法的各个实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。
7.该方法可以包括：从电池管理系统接收针对以下各项中的至少一项的请求：来自无线电力接收器的电压、来自无线电力接收器的电流、或来自无线电力接收器的功率。该方法可以包括，当新值不在预定范围内时，确定到整流器的电流的另一参考值。
8.将表示当前输入电流的所要求的值改变的信号传输到无线电力传输器，可以引起由无线电力传输器向无线电力接收器传输的电力的改变。当前输入电流的新值可以基于所传输电力的改变。所传输电力的改变将可以减小电力。所传输电力的改变将可以减小电力到零。所传输电力的改变将可以增加电力。该方法可以包括将当前输入电流的新值与所要求的值改变的预定范围进行比较。该方法可以被耦合到有源整流器的控制器执行。
9.在另一方面中，本公开的特征在于一种用于控制无线电力接收器的有源整流器的控制器，该控制器与整流器耦合。控制器可以被配置为执行以下步骤：确定到整流器的电流的参考值，参考值基于负载要求；基于参考值来确定到整流器的当前输入电流的所要求的值改变；将表示当前输入电流的所要求的值改变的信号传输到无线电力传输器；在传输信号之后确定当前输入电流的新值；以及，当新值在所要求的值改变的预定范围内时，基于新值用pwm信号来驱动整流器中的至少一个晶体管。
10.控制器的各种实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。
11.控制器可以被配置为从被耦合到整流器的输出的电池管理系统接收针对以下各项中的至少一项的请求：来自无线电力接收器的电压、来自无线电力接收器的电流、或来自无线电力接收器的功率。控制器可以被配置为，当新值不在预定范围内时，确定到整流器的电流的另一参考值。其中将表示当前输入电流的所要求的值改变的信号传输到无线电力传输器，可以引起由无线电力传输器向无线电力接收器传输的电力的改变。其中当前输入电流的新值可以基于所传输电力的改变。
12.所传输电力的改变将可以减小电力。所传输电力的改变将可以减小电力到零。所传输电力的改变将可以增加电力。控制器可以被配置为将当前输入电流的新值与所要求的值改变的预定范围进行比较。控制器可以被耦合到整流器中的至少一个晶体管。
13.在另一方面中，本公开的特征在于一种针对无线电力接收器的有源整流器。有源整流器可以包括：第一二极管，被耦合在整流器的第一输入和整流器的输出之间；第一晶体管，被耦合在第一输入和地之间；第一电容性缓冲器，被并联耦合到以下中的至少一项：(i)第一二极管或(ii)第一晶体管；第二二极管，被耦合在整流器的第二输入和输出之间；第二晶体管，被耦合在第二输入和地之间；以及，第二电容性缓冲器，被并联耦合到以下中的至少一项：(i)第二二极管或(ii)第二晶体管。
14.有源整流器的各个实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。
15.第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器可以被配置为减少无线电力接收器中的无功电流。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器可以被配置为减少相应的第一晶体管和第二晶体管的切换损耗。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器中的每个电容性缓冲器可以包括电阻性部件。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器中的每个电容性缓冲器可以包括多个电容器。无线电力接收器可以被配置为输送大约11kw电力到被耦合到有源整流器的输出的负载，其中每个电容性缓冲器具有1-30毫微法之间的电容。
16.有源整流器可以被配置为以85khz /-10khz的频率操作。无线电力接收器可以包括接收器谐振器线圈，接收器谐振器线圈被配置为经由电磁场耦合到无线电力传输器，并且当有源整流器正在操作时，由有源整流器对接收器谐振器线圈呈现的阻抗可以是电阻性的。有源整流器可以被配置为提供电流以用于对被耦合到整流器的输出的电池进行充电。有源整流器可以被配置为给被耦合到整流器的输出的电阻器提供电流。
17.在另一方面中，本公开的特征在于无线电力接收器，包括：接收器谐振器线圈，被配置为经由电磁场耦合到无线电力传输器；以及，有源整流器，被耦合到接收器谐振器线圈的输出。有源整流器可以包括：第一二极管，被耦合在整流器的第一输入和整流器的输出之间；第一晶体管，被耦合在第一输入和地之间；第一电容性缓冲器，被并联耦合到以下中的至少一项：(i)第一二极管或(ii)第一晶体管；第二二极管，被耦合在整流器的第二输入和输出之间；第二晶体管，被耦合在第二输入和地之间；以及，第二电容性缓冲器，被并联耦合到以下中的至少一项：(i)第二二极管或(ii)第二晶体管。
18.无线电力接收器的各个实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。
19.第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器可以被配置为减少无线电力接收器中的无功电流。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器可以被配置为减少相应的第一晶体管和第二晶体管的切换损耗。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器中的每个电容性缓冲器可
以包括电阻性部件。第一电容性缓冲器和第二电容性缓冲器中的每个电容性缓冲器可以包括多个电容器。无线电力接收器被配置为输送大约11kw电力到被耦合到有源整流器的输出的负载，并且每个电容性缓冲器具有1-30毫微法之间的电容。
20.有源整流器可以被配置为以85khz /-10khz的频率操作。当有源整流器正在操作时，由有源整流器对接收器谐振器线圈呈现的阻抗可以是电阻性的。有源整流器可以被配置为提供电流以用于对被耦合到整流器的输出的电池进行充电。有源整流器可以被配置为给被耦合到整流器的输出的电阻器提供电流。
21.在另一方面中，本公开的特征在于一种用于无线电力接收器中的有源整流的方法。该方法可以包括：接收来自接收器的有源整流器的输入的电流信号；检测电流信号的过零以产生过零检测信号；检测过零检测信号的相位以产生同步信号；基于同步信号来生成斜坡信号；以及，为有源整流器中的每个晶体管生成脉宽调制(pwm)信号。
22.该方法的各个实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。该方法可以还包括向有源整流器提供pwm信号。电流信号包括一个或多个谐波。
附图说明
23.图1是示例性无线电力系统的框图。
24.图2a至图2b是被配置为在充电和/或加热模式操作的无线电力系统的示意图。
25.图2c至图2d是具有电容性缓冲器的示例有源整流器的示意图。
26.图3是针对被配置为在双重模式中操作的无线电力系统的示例性控制系统的示图。
27.图4a至图4c是针对图3的示例性控制系统的示例性方法的流程图。
28.图5是针对被配置为在双模式中操作的无线电力系统的、包括电流测量结果的示例性控制系统的曲线图。
29.图6是包括有源整流器的示例性无线电力系统的示意图。
30.图7a是用于生成针对图2b或图6的示例性有源整流器的(多个)晶体管的控制信号的框图。
31.图7b是用于生成针对图2b或图6的示例性有源整流器的(多个)晶体管的控制信号的示例工作流的框图。
32.图8是图2a至图2b或图6的无线电力系统中的随时间变化的各种信号的曲线图集合，图2a至图2b或图6的无线电力系统包括图2b或图6的示例性有源整流器，。
33.图9a至图9k是图2b或图6的示例性有源整流器的随时间变化的各种状态。
34.图10是针对图2a至图2b或图6的无线电力系统中的有源整流的示例性方法的流程图。
35.图11是可以被用于实现本文描述的示例性系统和方法的示例计算机系统的框图。
具体实施方式
36.本文公开的是包括有源整流器的无线电力系统的示例性实施例。在各种实施例中，这种系统可以被配置为对高电压电池(例如汽车、工业设备、机械、机器人等)进行充电或加热。
37.无线电力系统
38.图1是示例性无线电力系统100的框图。系统100包括无线电力传输器102和无线电力接收器104。在传输器102中，电源105(例如，ac市电、电池等)向反相器108提供电力。附加部件可以包括反相器极108前面的电力因数矫正(pfc)电路106。反相器108经由阻抗匹配网络110(包括固定网络部件和/或可调谐网络部件)来驱动传输器谐振器线圈和电容性部件112(“谐振器”)。传输器谐振器产生振荡磁场，该振荡磁场在接收器谐振器中感应出电流和/或电压。所接收的能量经由阻抗匹配网络116(包括固定网络部件和/或可调谐网络部件)提供给整流器118。最终，经整流的电力被提供给负载120(例如，电动车辆或混合动力车辆的一个或多个电池)。在一些实施例中，电池电压电平可以影响无线电力系统100的各种参数(例如，阻抗)。因此，可以接收、确定或测量电池电压电平以作为输入提供给无线电力系统100的其他部分。例如，针对电动车辆的典型电池电压范围包括0至280v、0至350v、0至420v等。
39.在一些实施例中，传输器102的一个或多个部件可以被耦合到控制器122，该控制器可以包括被配置为与接收器104的通信模块进行通信的通信模块(例如，wi-fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，传输器102的一个或多个部件可以被耦合到一个或多个传感器124(例如，电流传感器、电压传感器、电力传感器、温度传感器、故障传感器等)。控制器122和(多个)传感器124可以基于来自(多个)传感器124和/或(多个)传感器128的反馈信号而可操作地被耦合到传输器102的控制部分。
40.在一些实施例中，接收器104的一个或多个部件可以被耦合到控制器126，该控制器126可以包括被配置为与传输器102的通信模块进行通信的通信模块(例如，wi-fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，传输器104的一个或多个部件可以被耦合到一个或多个传感器128(例如，电流传感器、电压传感器、电力传感器、温度传感器、故障传感器等)。控制器126和(多个)传感器128可以基于来自(多个)传感器128和/或(多个)传感器124的反馈信号而可操作地被耦合到传输器102的控制部分。
41.无线电力系统的示例可以在于2010年6月10日公布的并且题为“无线能量传输系统”的美国专利申请公布号2010/0141042和于2012年5月10日公布的并且题为“用于车辆的无线能量传输”的美国专利申请公布号2012/0112535中被找到，两者均通过引用整体并入本文。
42.高电力无线电力传输器可以被配置为在诸如为车辆、工业机器、机器人或依赖高电力的电子设备的电池供电和/或充电之类的应用中传输无线电力。为了说明的目的，以下公开集中于针对车辆的无线电力传输。然而，应当被理解的是本文中所描述的任何一个或多个实施例可以被应用于可以利用无线电力的其他应用。例如，示例性方法和系统可扩展到消费电子装置(例如，以低功率操作)、通用隔离式dc/dc转换器、公共汽车、卡车(例如，以高功率操作)等。因此，本文中讨论的参数(例如，频率、电力电平、电压电平、缓冲器电容器值等)被考虑为示例性并且可以根据应用被配置。
43.如在本文中使用的，术语“电容器”，或相应符号，可以指代具有电容(例如，法拉)和/或容抗(例如，欧姆)的一个或多个电子部件。例如，电容器可以包括一个或多个电容器(例如，在电容器“库”中)，该一个或多个电容器可以是数十、数百等分立电容器的数量级。两个或更多个电容器可以以串联或并联方式被耦合以达到期望的电容和/或期望的容抗。
注意，在本文中容抗可以被表示为负值。然而，一个现有技术会识别，在一些惯例中，容抗也可以是被表示为正值。同时本公开，包括附图，可以提供针对各种电子部件的示例性值，可以被理解的是，部件的值可以针对特别的应用被定制。例如，各种电子部件的值可以取决于无线电力传输器是用于传输电力给车辆电池(数千瓦特的数量级)还是移动电话电池(通常小于5瓦特)充电。
44.双重模式操作
45.在一些实施例中，无线电力系统100可以被配置用于一种或多种操作模式。操作模式可以包括为一个或多个类型的负载提供能量，例如，为电池充电和/或为电池加热。在示例性“充电模式”中，系统100可以被配置为向电池提供电压。充电模式可以包括恒定电流(cc)模式和/或恒定电压(cv)模式。在示例性“加热模式”中，系统100可以被配置为向被配置为加热电池的(多个)电阻器提供电流。加热模式可以包括恒定电压(cv)模式。如在本文中讨论的，电池和/或电阻器可以被称为“负载”。
46.图2a至图2b图示了被配置为在充电和/或加热模式中操作的无线电力系统200(包括部分200a、200b)。无线电力系统200包括无线电力传输器202和无线电力接收器204a、204b(统称为204)。无线电力系统200可以包括与上文描述的无线电力系统100相似或相同的部件。
47.在示例性接收器部分204中，有源整流器206可以是全桥整流器，其包括与晶体管s7(具有体二极管d7)串联耦合的二极管d5和与晶体管s8(具有体二极管d8)串联耦合的二极管d6。二极管d5、d6可以是硅二极管。晶体管s7、s8可以是硅mosfet。通过在有源整流器206的构造中使用硅二极管和硅mosfet，接收器204和系统200的总成本可以被最小化。
48.在一些实施例中，晶体管s7和s8分别与电容性缓冲器c41和c42并联耦合。在一些实施例中，如图2c图示，二极管d5和d6与相应的电容性缓冲器212a、212b各自并联耦合。在一些实施例中，如图2d图示，晶体管s7和s8与相应的电容性缓冲器214a、214b并联耦合，并且二极管d5和d6与相应的电容性缓冲器216a、216b并联耦合。注意，在一些实施例中，晶体管s7的位置与二极管d5互换，并且晶体管s8的位置与二极管d6互换。注意，在一些实施例中，整流器可以仅具有单独的电容性缓冲器(例如，跨越一个晶体管并且不是另一个)。每个电容性缓冲器可以包括一个或多个电容性部件(例如，电容器)。在一些实施例中，缓冲器电容可以取决于无线电力系统规格并且可以是一毫微法到数十毫微法的数量级。在一些实施例中，电容性缓冲器具有电阻性部分。
49.当电容性缓冲器用于无线电力系统时其具有一个或多个优势和/或益处。通过正确选择电容性缓冲器的值，到负载120的输送的电力可以被增加。例如，在被配置为输送10-20kw输出的无线电力系统中，电容性缓冲器可以使得在10-20kw之上附加数百瓦特(例如，100到900瓦特)能够被输送到负载120。针对示例性高电力无线电力系统(例如，被配置为输送大约11kw /-2kw的电力到负载)，每个电容性缓冲器可以具有1-30毫微法之间的电容。在一些实施例中，缓冲器可以具有12-14毫微法之间、10-15毫微法之间、5-20毫微法之间、或更多的电容。选择电容性缓冲器的值可以改进无线电力接收器204和/或系统整个200的匹配，从而实现更大电力输出，如所讨论的。特别地，其可以有益于确保与接收器谐振器线圈和整流器之间的适当的阻抗匹配，使得针对确定的“临界”情况(例如，将无线电力传输器和接收器去耦合、电池电压非常高或非常低等)阻抗的虚部(电抗)分量被抵消。在无线电力系
统操作期间，整流器的输入电流可以具有高阶次谐波。例如，如果系统以大约85khz(例如， /-10khz)的操作频率来操作，输入电流包含在操作频率的更高谐波上的频率。更高谐波可以创造小的相移引起小的虚部阻抗，从而影响接收器谐振器线圈看到的整体阻抗。这可以导致虚部阻抗的抵消有缺陷。通过用电容性缓冲器来配置整流器206，缓冲器可以补偿等效阻抗有源整流器206的电抗偏移。这可以使由接收器谐振器线圈看到的阻抗被适当的补偿。因此，接收器谐振器线圈可以看到占支配地位的电阻性负载阻抗。如前文提到的，该配置可以实现更有效率的系统以输送更大电力到负载120。电容性缓冲器值被相应地选择以补偿阻抗(例如，由接收器谐振器线圈看到的阻抗的电抗部件)。
50.示例性电容性缓冲器可以有益于增大输出电力、减少无线电力系统200(例如，接收器204)中的无功电流、减小晶体管s7、s8中的切换损耗、和/或改进无线电力接收器204和/或无线电力系统200的效率。
51.在一些实施例中，为了切换到电池加热模式，示例性整流器206的输出可以被耦合到开关208，该开关208接通用于加热电池的电阻器。通常地，电池加热器可以是车辆(例如电动车辆、混合动力车辆等)的部件。示例性电池加热器(例如，分支电路210)可以包括正数温度系数(ptc)电阻器阵列和配置等效负载的继电器集合。被输送到加热器的电力可以被pwm控制。因此，在电池加热模式中，示例性无线电力系统可以在其输出上维持恒定电压。
52.在一些实施例中，无线电力传输器202可以被配置使得：
53.x
ga
＝x
1s
＝x
2s
＝x
3s
54.其中x
1s
是部件l
ls
、c
1sa
、c
lsb
的组合电抗；x
2s
是(多个)部件c
2s
的组合电抗；并且x
3s
是部件l
3sa
、l
3sb
、c
3sa
、c
3sb
的组合电抗。在示例性传输器202中，传输器200中的最大电流i
1s_max
处于最大总线电压v
bus_max
。在一些实施例中，与无线电力系统202匹配的电抗可以被配置使得：
[0055][0056]
其中xga是由传输器202的部分201中的部件l
1s
、c
1s
、c
2s
、l
3s
、c
3s
呈现的特性阻抗。
[0057]
在一些实施例中，无线电力接收器204可以被配置使得：
[0058]
x
va
＝x
1d
＝x
2d
＝x
3d
[0059]
其中x
1d
是部件l
1d
、c
1da
、c
1db
的组合电抗；x
2d
是(多个)部件c
2d
的组合电抗；并且x
3d
是部件l
3da
、l
3db
的组合电抗。在一些实施例中，无线电力接收器204可以被配置使得：
[0060]
x
va2
＝x
1d
＝x
2d
[0061]
x
va2
＝x
3d
[0062]
使得系统可以输送更大的输出电力。在一些实施例中，与无线电力接收器204的阻抗匹配可以被配置使得：
[0063][0064]
其中x
va
是由部分203的部件l
1d
、c
1d
、c
2d
、l
3d
呈现的电抗。在示例性接收器202中，接收器200中的最大电流i
1d_max
处于最大电池电压v
battery_max
。示例性电池(例如电动车辆电池或混合动力车辆电池)可以具有320-450v
dc
的电压范围。
[0065]
在一些实施例中，在充电模式期间，双重模式无线电力系统200可以输送满电力(例如，大约3.3kw或更少、大约6.6kw或更少、大约11kw或更少、大约21kw或更少等)给电池用于传输器202的谐振器线圈(例如，线圈l1s)和接收器204的谐振器线圈(例如，线圈l1d)之间的一些或全部范围的耦合(例如，参考sae国际标准j2954_201904“轻型插电式/电动汽车的无线电力传输和校准方法”)。在一些情况下，电力输送在一些耦合范围中可以少于满电力(“降额”)(例如，少于3.3kw、少于6.6kw、少于11kw、少于21kw等)，其归因于在两种模式之间操作的挑战。针对被配置为输送大约11kw的示例性系统200，传输器谐振器线圈l1s中的电流可以是78arms或更少(例如，处于840v的总线电压vbus)，并且接收器谐振器线圈l1d可以是50arms或更少(例如，处于450v的电池电压v
battery
)。注意，在降额电力下，传输器谐振器线圈l1s的电流可以是65arms或更少。在一些实施例中，双重模式无线电力系统200可以以至少88％效率输送电力给电池(从电源105到负载(例如，电池)120的输入)。为了达到这个等级的效率，在一些实施例中，有源整流器206的晶体管s7、s8可以采用零电压切换(zvs)。
[0066]
在示例性电池“充电”模式中，有源整流器206可以作为同步整流器操作，其中晶体管s7、s8被用于对正弦电压信号v
ac
进行整流。在该模式中，有源整流器206的等效阻抗可以被配置为电阻性的，从而允许接收器204的简化控制。
[0067]
在示例性电池“加热”模式中，有源整流器可以在恒定电压模式中操作，从而使得在接收器204中实现低切换和传导损耗。在加热模式中，系统200可以被额定为输送8kw的电力。
[0068]
图3是针对配置为在双重模式中操作的示例性无线电力系统的控制系统300的示图。图4a至图4c是针对示例性控制系统300的示例性方法400a、400b、400c(统称为400)的流程图。具体地，图4a至图4b示出了接收器204中的(多个)控制过程400a、400b，并且图4c示出了传输器202中的(多个)控制过程400c。为了清晰和简洁，图3和图4a至图4c在此处被一起讨论。注意，以下过程可以按不同顺序或不同时间被执行。
[0069]
参考方法400a，在过程402中，接收器控制器302可以从电池管理系统(bms)接收请求信号。该请求信号可以用于接收器204以提供的特定的输出电力po、输出电压vo(被表示为参考电压信号v
o_ref
)、和/或输出电流io(表示为参考电流信号i
o_ref
)，取决于操作模式(例如，恒定电流(cc)或恒定电压(cv))。在过程404中，控制器302可以确定(例如，计算、核算等)针对整流器206的输入电流i
3d
的参考电流i
3d_ref
。在过程406中，控制器302可以确定(例如，测量)电流i
3d
(例如，经由线圈电流传感器)。
[0070]
参考方法400c，在可选过程408中，传输器控制器304可以确定反相器电压v
inv
和/或信号inv
vi
，并且在可选过程409中，控制器304可以经由无线通信306(例如，wi-fi、无线电、蓝牙等)发送表示反相器电压v
inv
和/或信号inv
vi
的信号到接收器控制器302。注意，信号inv
vi
指代反相器输出电压和输出电流相移，并且可以被用于确定反相器108是否正在零电压切换(zvs)模式中操作。
[0071]
参考方法400a，在可选过程410中，控制器302可以从传输器202接收反相器电压v
inv
和/或信号inv
vi
。在可选过程411a中，误差信号eva被确定(例如，被计算出)。注意，eva可以与ε
io
、ε
vo
或ε
po
(如下方详细描述)相等。在可选过程411b中，请求信号ga_cmd基于所确定的电流i
3d
而被计算。在过程412中，接收器204可以基于所确定的电流i
3d
来发送请求信号
ga_cmd到传输器202。请求信号ga_cmd可以经由无线通信306(例如，wi-fi、无线、蓝牙等)而被发送。
[0072]
参考方法400c，在过程414中，传输器控制器304可以从接收器控制器302接收信号ga_cmd。在过程416中，传输器控制器304可以基于所接收的信号ga_cmd来确定误差信号ega。注意，误差信号ega被用于确定针对反相器108的晶体管的控制信号pwm
ga
的β因数(通过控制模块306)。β因数确定反相器108的两个腿之间的相对相移。由于相移是180度(2*β＝相移)，β＝90时可以实现满相移。该β因数还可以被用于确定虚拟反相器电压v
inv
，该虚拟反相器电压v
inv
可以被用于控制传输器线圈电流而不利用昂贵的传感器去直接测量线圈电流(例如，在反相器108的输出处)。同样参考过程502和图5。在过程418中，传输器控制器304可以确定针对反相器108晶体管的参考总线电压信号v
bus_ref
和/或控制信号pwm
ga
。然后传输器202可以根据电压信号v
bus_ref
(或否则经由决定点420停止传输器202)来输出电力。这也可以被称为经调整的电力。
[0073]
参考方法400a，接收器控制器302可以确定有源整流器206的输入电流i
3d
，作为来自传输器202的经调整的电力的结果。在过程422中，可以根据以下函数将电流i
3d
与所确定的参考电流i
3d_ref
(见过程404)进行比较：
[0074]
|i
3d_ref-i
3d
|＜ε
i3d
[0075]
在上方关系中，将电流i
3d
和参考电流i
3d_ref
之间的差值与预定误差值ε
i3d
进行比较。如果差值小于误差，则在方法400b的过程424中，调制器mod
va
可以更新(多个)控制信号pwm
va
。注意，针对有源整流器206的晶体管s7、s8的示例性(多个)控制信号pwm
va
可以基于电流i
3d
而被生成(经由(多个)控制模块zcd pll和调制器mod
va
，如下方进一步讨论)。示例性(多个)控制信号pwm
va
可以基于输出电压(例如，在恒定电压模式下)或输出电流(例如，在恒定电流模式下)的误差。如果差值大于或等于误差，则控制回到给过程402。
[0076]
仍然参考方法400b，在过程426中，如果bms了请求电流(例如，在加热模式中、充电模式中等)，则将输出电流io和参考电流信号i
o_ref
之间的差值与误差值进行比较如下：
[0077]
|i
o_ref-io|＜ε
io
[0078]
附加地或备选地，在过程426中，如果bms请求了电压(例如，在充电模式中、加热模式中)，则将输出电流vo和参考电流信号v
o_ref
之间的差值与误差值进行比较如下：
[0079]
|v
o_ref-vo|＜ε
vo
[0080]
附加地或备选地，在过程426中，如果bms请求了电力(例如，在充电模式中)，则将输出电流po和参考电流信号p
o_ref
之间的差值与误差值进行比较如下：
[0081]
|p
o_ref-po|＜ε
po
[0082]
取决于请求，如果该比较大于相应的误差值，则控制传递到过程411a。如果比较小于相应的误差值，则接收器204相应地提供所请求的电流io或电压vo给bms(或否则经由决定点428停止接收器204)。控制系统300有利于在成本限制下操作，因为相对复杂控制过程用简单的系统控制设施来执行。此外，归因于消除了在无线电力系统中的一个或多个点处的用于测量电流(例如，线圈电流传感器)和/或电压的传感器，成本可以被降低。
[0083]
图5是针对被配置为在双重模式中进行操作的示例性无线电力系统的示图，其包括传输器谐振器线圈处的电流测量结果(由(多个)传递函数g
iv
的输出502表示)。(多个)g
iv
是从反相器的输出电压v
inv
到传输器线圈电流i
1s
的传递函数。g
ii
是从传输线圈电流i
1s
到有
源整流器输入电流i
3d
的传递函数。注意，控制系统500具有多个与控制系统300共同的部件。在示例性控制系统500中，误差信号e
ga
基于线圈电流i
1s
的电流测量结果。
[0084]
有源整流方法
[0085]
图6图示了示例性无线电力系统，包括示例性有源整流器602。注意，在一些实施例中，传输器202可以包括与电感器l3sa和/或电感器l3db串联的电容性元件。接收器204可以包括与电感器l3sa和/或电感器l3db串联的电容性元件。图7a是用于生成针对示例性有源整流器206或602的(多个)晶体管的控制信号的框图700a、700b。如上文针对图3和图4a至图4b所讨论的，输入电流i
3d
可以被提供给过零检测器702，该过零检测器702输出表示正弦电流信号i
3d
的过零的信号zcd。信号zcd可以被提供给锁相环(pll)模块704(例如，数字锁相环(dpll)、全数字锁相环(adpll)等)，以基于信号zcd来确定电流信号i
3d
的相位。图700a和700b提供模块704的备选实现方式。模块704a可以是具有xor逻辑门的类型i相位检测器。模块704b可以是具有充电泵的类型ii相位检测器。表示经提取的相位信息的信号sync可以被提供给斜坡生成模块706。所生成的斜坡信号和参考电压信号v
ref
被提供给pwm生成器708。pwm生成器708被配置为相应地产生针对晶体管q5和q6(例如，相应地，晶体管s7和s8)的控制信号pwm5和pwm6(例如，pwm
va
)。示例性pwm生成器708和可选的斜坡生成器706可以被称为调制器(例如，mod
va
)。在一些实施例中，调制器可以被配置为在输入电流i
3d
中的大电流谐波存在时确保有源整流器的操作稳定性。示例性调制器可以有利于维持零电压切换(zvs)。示例性调制器可以实现如上所述的恒定电压操作。
[0086]
图8是包括示例性有源整流器602的无线电力系统600中的、随时间变化的各种信号曲线图集合。图9a至图9k图示了在示例性有源整流器中的、随时间变化的电流(虚线)和/或电压。针对以下讨论，注意t0是切换周期，并且信号zcd和信号sync之间的相移可以根据如下而被确定：
[0087]
t
1-t0＝0.5
·vf
·
t0
[0088]
其中vf是pll的低通滤波器的归一化电压并且范围是[0，1]。参考图8和图9a至图9k，在各种实施例中，整流器206或602可以根据如下方法而被配置。
[0089]
在时间t0：开始新循环。pll被锁住并且系统200、600以稳定状态操作。针对mosfet q5控制的斜坡被重置为零：
[0090]
ramp1(t＝t0)＝0
[0091]
mosfet q5和二极管d2是on；并且
[0092]
二极管d1和mosfet q6是off。
[0093]
在时间t1：i
3d
的过零检测发生。过零检测器zcd的输出改变其状态。
[0094]
ramp1(t＝t1)＝0.25-vf/2
[0095]
随着缓冲器电容器c
sn6
放电，v
acd
电压降低到零(0)。
[0096]
mosfet q5是on；并且
[0097]
二极管d1、二极管d2和mosfet q6是off。
[0098]
在时间t2：缓冲器电容器c
sn6
放电后，mosfet q6的体二极管接通。
[0099]
mosfet q5和mosfet q6的体二极管是on；并且
[0100]
二极管d1和二极管d2是off。
[0101]
在时间t3：由控制器(例如，控制器302)占空控制变量v
ref
产生pwm5关断序列。
mosfet的有效占空循环(deff)与v
ref
相关：
[0102]vref
＝0.25 d
eff
/2
[0103]
其中有效占空不包括mosfet的“同步整流”操作(穿过mosfet的电流是负数并且mosfet是on)。随着缓冲器电容器c
sn5
充电，电压v
acd
开始其转变到v
load
。
[0104]
mosfet q6的体二极管是on；并且
[0105]
mosfet q5、二极管d1和二极管d2是off。
[0106]
在时间t4：随着缓冲器电容器c
sn5
被充电到电压v
load
，二极管d1被接通。
[0107]
二极管d1和mosfetq6的体二极管是on；并且
[0108]
mosfet q5和二极管d2是off。
[0109]
在时间t5：pwm6接通序列。从时间t1序列被产生，并且接通延迟t
del
＝t
5-t1，该延迟根据经验被确定(目标是在瞬态期间维持mosfet上的zvs)。
[0110]
在时间t6：t6-t0＝t0/2。针对mosfet q6控制的斜坡被重置为零：
[0111]
ramp2(t＝t4)＝0
[0112]
在时间t7：i
3d
的过零检测发生。过零检测器的输出改变其状态。
[0113]
ramp2(t＝t5)＝0.25-vf/2
[0114]
随着缓冲器电容器c
sn5
放电，电压v
acd
降低到零。
[0115]
mosfet q6是on；并且
[0116]
二极管d1、二极管d2和mosfet q6是off。
[0117]
在时间t8：缓冲器电容器c
sn5
被放电之后，mosfet q5的体二极管接通。
[0118]
mosfet q6和mosfet q5的体二极管是on；并且
[0119]
二极管d1和二极管d2是off。
[0120]
在时间t9：由控制器(例如，控制器302)占空控制变量v
ref
产生的pwm6关断序列。随着缓冲器电容器c
sn6
充电，电压v
acd
开始其转变到-v
load
。
[0121]
mosfet q5的体二极管是on；并且
[0122]
mosfet q6、二极管d1和二极管d2是off。
[0123]
在时间t10：随着缓冲器电容器c
sn6
被充电到电压v
load
，二极管d2被接通。
[0124]
二极管d2和q5的体二极管是on；并且
[0125]
mosfet q6和二极管d1是off。
[0126]
在时间t11：pwm5接通序列。从t6序列被产生，并且接通延迟t
del
＝t9-t6。
[0127]
在时间t12：与时间t0相同。
[0128]
在时间t13：与时间t1相同。
[0129]
在时间t14：与时间t2相同。
[0130]
在时间t15：与时间t3相同。
[0131]
在时间t16：与时间t4相同。
[0132]
在时间t17：与时间t4相同。
[0133]
图10是用于无线电力系统(例如，系统200或600)中的有源整流的示例性方法的流程图。在步骤1002中，该方法包括确定进入无线电力接收器的整流器的电流的参考值，其中参考值基于负载的要求。在步骤1004中，该方法包括基于参考值确定进入整流器的当前电流的值改变。在步骤1006中，该方法包括传输表示点前电流中的值改变的信号到无线电力
传输器。在步骤1008中，该方法在传输信号后确定当前电流的新值。在步骤1010中，如果新值在值改变的预定范围内，基于新值用pwm信号驱动整流器中的至少一个晶体管。
[0134]
硬件和软件实现方式
[0135]
在一些示例中，上文描述的处理中的一些或全部可以在一个或多个集中式计算设备上被执行。在一些示例中，一些类型的处理在一个设备上发生而其他类型的处理处理在另一设备上发生。在一些示例中，上文描述的数据中的一些或全部可以被存储在被托管在一个或多个集中式计算设备的数据存储装置，或者经由基于云的存储器中。在一些示例中，一些数据被存储在一个位置而其他数据被存储在另一位置。在一些示例中，可以使用量子计算。在一些示例中，可以使用函数式编程语言。在一些示例中，可以使用电子存储器，诸如基于闪存的存储器。
[0136]
图11是可以用于实现本文档描述的技术的示例计算机系统1100的框图。通用计算机、网络设置、移动设备或其他电子系统也可以包括系统1100的至少一部分。系统1100包括处理器1110、存储器1120、存储装置1130和输入/输出设备1140。部件1110、1120、1130和1140中的每个部件都可以例如使用系统总线1150而被互联。处理器1110能够处理用于在系统1110内执行的指令。在一些实现方式中，处理器1110是单线程处理器。在一些实现方式中，处理器1110是多线程处理器。处理器1110能够处理被存储在存储器1120中或存储装置设备1130上的指令。
[0137]
存储器1120在系统1100存储内器储信息。在一些实现方式中，存储器1120是非暂态计算机可读介质。在一些实现方式中，存储器1120是易失性存储器单元。在一些实现方式中，存储器1120是非易失性存储器单元。
[0138]
存储装置1130能够为系统1100提供大容量存储。在一些实现方式中，存储装置1130是非暂态计算机可读介质。在各种不同的实现方式中，存储装置1130可以包括例如硬盘设备、光盘设备、固态驱动器、闪存驱动器或一些其他大容量存储装置设备。例如，存储装置设备可以存储长期数据(例如，数据库数据、文件系统数据等)。输入/输出设备1140为系统1100提供输入/输出操作。在一些实现方式中，输入/输出设备1140可以包括以下各项中的一项或多项：网络接口设备(例如，以太网卡)、串行通信设备(例如，rs-232端口)和/或无线接口设备(例如，802.11卡、3g无线调制解调器或4g无线调至解调器)。在一些实现方式中，输入/输出设备可以包括被配置为接收输入数据并将输出数据发送到其他输入/输出设备的驱动设备，例如，键盘、打印机和显示设备1160。在一些示例中，可以使用移动计算设备、移动通信设备和其他设备。
[0139]
在一些实现方式中，上文所描述的方法的至少一部分可以通过在执行时使得一个或多个处理设备执行上文所描述的过程和功能的指令而被实现。这样的指令可以包括例如经解释指令(诸如脚本指令)、或可执行代码、或存储在非暂态计算机可读介质中的其他指令。存储装置设备1130可以通过网络以分布式方式(诸如服务器群或广泛分布的服务器集合)实现，或可以在单个计算设备中实现。
[0140]
尽管已经在图11中对示例处理系统进行了描述，但是本说明书中所描述的主题、功能操作和过程的实施例可以在其他类型的数字电子电路系统中、在有形体现的计算机软件或固件中、在计算机硬件(包括在本说明书中公开的结构和它们的结构等同物)中、或它们中的一种或多种的组合中实现。本说明书中描述的主题的实施例可以实现为一个或多个
计算机程序，即，编码在有形非易失性程序载体上以供由数据处理装置执行或控制其操作的一个或多个计算机程序指令模块。可替代地或附加地，程序指令可以在人工生成的经传播信号上编码，例如，机器生成的电、光或电磁信号，该信号被生成以编码信息用于传输到合适接收器装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一个或多个的组合。
[0141]
术语“系统”可以涵盖用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。处理系统可以包括专用逻辑电路系统，例如，fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。除了硬件之外，处理系统还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。
[0142]
计算机程序(也可以称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，这些编程语言包括经编译语言或经解释语言、或声明性语言或过程性语言；并且它可以以任何形式部署，这些形式包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于所讨论的程序的单个文件中、或多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的各部分的文件)中。可以部署计算机程序以在一个计算机或位于一个站点或跨越多个站点分布并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。
[0143]
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该一个或多个可编程计算机执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路系统执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路系统，例如，fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。
[0144]
适合于执行计算机程序的计算机可以包括例如通用微处理器或专用微处理器或两者、或任何其他类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机通常包括用于执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或向其传输数据或两者。然而，计算机不需要有这样的设备。
[0145]
适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，例如包括半导体存储器设备，例如，eprom、eeprom和闪存设备；磁盘，例如，内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom磁盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统补充或结合在专用逻辑电路系统中。
[0146]
本说明书中描述的主题的实施例可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)，或包括中间件部件(例如，应用服务器)，或包括前端部件(例如，具有图形用户界面或用户可以通过其与本说明书中描述的主题的实现方式进行交互的web浏览器的客户端计算机)，或一个或多个这样的后端部件、中间件部件或前端部件的任何组合。系统的部件可以通过任何数字数据通信形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“lan”)和广域网(“wan”)，例如，互联网。
[0147]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系凭借在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
[0148]
虽然本说明书包含许多具体实现细节，但这些不应被解释为对可能要求保护的范围的限制，而是对特定实施例的特征的描述。在本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独或以任何合适的子组合来实现。而且，尽管特征可以在上文描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下可以从所要求保护的组合中去除一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
[0149]
同样，虽然在附图中按特定次序对操作进行了描述，但这不应被理解为要求这些操作按所示的特定次序或按顺序次序执行，或所有所图示的操作都被执行以获得期望结果。在某些情形下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上文所描述的实施例中各个系统部件的分开不应理解为在所有实施例中都需要这种分开，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以集成在单个软件产品中，也可以打包成多个软件产品。
[0150]
已经描述了本主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以按不同次序执行，但仍达到可期望结果。作为一个示例，附图中所描绘的过程不一定需要所示的特定次序或顺序次序来实现可期望结果。在某些实现方式中，多任务和并行处理可能是有利的。可以从所描述的过程中提供其他步骤或阶段，或可以消除步骤或阶段。因而，其他实现方式在所附权利要求的范围内。
[0151]
术语
[0152]
本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。
[0153]
如在说明书和权利要求书中使用的术语“大约”、短语“大约等于”和其他类似短语(例如，“x的值为大约y”或“x大约等于y”)应当理解为意指一个值(x)在另一值(y)的预定范围内。除非另有说明，否则预定范围可以是正负20％、10％、5％、3％、1％、0.1％或小于0.1％。
[0154]
除非明确指出相反，否则如在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应当理解为意指“至少一个”。如在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的元素中的“一个或两个”，即，在一些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。使用“和/或”列出的多个元素应当以相同方式解释，即，如此结合的元素中的“一个或多个”元素。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论是否与那些具体标识的元素相关或无关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用在一个实施例中可以仅是指a(可选地包括除b之外的元素)；在另一实施例中，仅是指b(可选地包括除a之外的元素)；在又一实施例中，是指a和b两者(可选地包括其他元素)等。
[0155]
如在说明书和权利要求书中使用的，“或”应当被理解为与如上文定义的“和/或”具有相同的含义。例如，当分开列表中的项时，“或”或“和/或”应当被解释为具有包容性，即，包括至少一个，而且还包括若干元素或元素列表中的一个以上，以及(可选地)其他未列出的项。只有明确指出相反的术语(诸如“仅一个或“恰好一个”)或当在权利要求中使用时
的术语“由......组成”将是指包含若干个元素或元素列表中的一个元素。一般而言，如果前面带有排他性术语(诸如“任一”、“其中一个”、“只有一个”或“恰好一个”)，则如所使用的术语“或”仅应解释为指示排他性备选方案(即“一个或另一但并非两者”)。权利要求中使用的“基本上由
……
组成”应当具有专利法领域所使用的一般含义。
[0156]
如在说明书和权利要求书中使用的，短语“至少一个”在提及一个或多个元素的列表时应当被理解为意指从元素列表中的任一个或多个元素中选择的至少一个元素，但不一定包括在元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”所指的元素列表中具体标识的元素之外的元素可以可选地存在，无论是否与那些具体标识的元素相关或无关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，“a和b中的至少一个”(或等同地，“a或b中的至少一个”，或等同地，“a和/或b中的至少一个”)可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)a，不存在b(并且可选地，包括除b之外的元素)；在另一实施例中，可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)b，不存在a(并且可选地，包括除a之外的元素)；在又一实施例中，是指至少一个(可选地，包括多于一个)a和至少一个(可选地，包括多于一个)b(并且可选地，包括其他元素)等。
[0157]
使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型旨在涵盖其后列出的项和附加项。
[0158]
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的序号术语来修改权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的任何优先权、优先级或顺序或执行方法的动作的时间次序。序号术语仅用作标签来区分具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但用于使用序号术语)的另一权利要求要素，以区分权利要求要素。