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無線電力傳輸系統以及送電裝置的制造方法_4

文(wen)檔序號:9635342閱讀:來源:國知局
據所檢測出的 電壓W及電流的信息來算出電力,生成表示該電力與受電裝置1020要求的預定的電力之 差的控制誤差信息。通信電路1023將該控制誤差信息傳遞給送電裝置1000內的接收電路 1103。 陽1側從受電裝置1020的發送電路1023向送電裝置1000的接收電路1003傳遞信息的 傳遞方法,通過與在此之前說明的實施方式1同樣的方式來進行即可,因此在此省略說明。 [0169] 控制誤差信息能夠通過例如下述的運算來求出。 陽17〇](控制誤差信息的值)=(要求值)一(檢測值) 陽171] 在此,檢測值是在將受電裝置1020接受的交流能量轉換成直流能量之后向負載 1040輸入的電壓、電流或電力的值。要求值是受電裝置1020要求的電壓、電流或電力的值。 如果控制誤差信息為正值,則表示相對于受電裝置1020的要求而供給不足,如果控制誤差 信息為負值則表示過剩供給,如果控制誤差為0,則表示是適當的供給量。控制誤差信息的 值的決定方法不限定于上述的例子,只要是表示檢測值與要求值之差的信息即可。運也不 限于表示差本身的數值,可W是從差換算的數值。 陽172] 如上所述,輸出檢測電路1022構成為檢測向負載1040提供的電壓和在負載1040 中流動的電流的至少一方即可。在此,"向負載1040提供的電壓"不僅是向負載1040直接 輸入的電壓,也可W是與該電壓聯動而變化的電壓。同樣,"在負載1040中流動的電壓"不 僅是在負載1040中直接流動的電流,也可W是與該電流聯動而變化的電流。例如,在整流 電路1021與負載1040之間存在未圖示的電路元件或分支點的情況下,可W在該電路元件 或分岐點與整流電路1021之間檢測電壓和/或電流。 陽173] 接著,說明本實施方式中的控制電路1009的動作。在W下的說明中,設想如圖 6A14A所示基于電壓生成控制誤差信息的情況,但在基于電流或電力生成控制誤差信息的 情況下W下的動作也同樣。 陽174] 圖15是表示控制電路1009的處理的流程圖。當送電裝置1000從DC電源1030 接受直流值C)能量時,相位控制部1003W及頻率控制部1005分別將表示預先決定的初始 的頻率W及相位偏離量的信息輸出給脈沖輸出部1004。基于此,脈沖輸出電路1004向振蕩 電路1001的各開關元件的柵極輸出具有該頻率W及相位偏離量的振蕩控制脈沖(初始傳 輸)。由此,振蕩電路1001將從DC電源1030供給的直流能量轉換成交流能量,通過送受電 天線1010向受電裝置1020送出(步驟S400)。 陽1巧]接著,控制誤差判定部1105從接收電路1003取得由受電裝置1020生成的控制誤 差信息(步驟S401)。如上所述,當受電裝置1020接受從DC電源1030經由振蕩電路1001 W及送受電天線1010發送來的能量時,首先,輸出檢測電路1022檢測向負載1040供給的 輸出電壓,將表示檢測結果與所希望的值之差的控制誤差信息送出到發送電路1023。發送 電路1023將控制誤差信息傳遞給接收電路1003。
[0176] 在從受電裝置接受了控制誤差信息的反饋之后,控制誤差判定部10051105判定 控制誤差信息是否在預定的范圍內(步驟S402)。如果誤差在預定的范圍外,則最佳控制判 定部1106指示頻率控制部1005將頻率變更預定的值W使控制誤差減小(步驟S403)。然 后,返回到步驟S401,控制誤差判定部1105經由接收電路1003再次取得控制誤差信息。進 行步驟S403的變更頻率的處理,直到在步驟S402中判定為控制誤差信息在預定的范圍內。 當在步驟S402中判定為控制誤差在預定的范圍內時,控制電路1009使處理移向步驟S501 W后的效率捜索步驟。
[0177] 步驟S401~步驟S403是用于使輸出電壓達到預定的范圍內的步驟,是效率捜索 前的前期準備。由于通過相位偏離量的控制進行的輸出電壓的調整只有降壓功能,所W在 相位偏離量為0度時W特定的頻率不滿足受電裝置要求的預定的電壓值的情況下,無法W 該頻率進行相位控制的輸出調整。因此,控制電路1009執行步驟S401~S403作為用于決 定成為上限的頻率的準備步驟,W在使頻率變化(在本實施方式中是降低)時使輸出電壓 成為預定的電壓值W上。
[0178] 此外,在要使用的全部頻帶中預先W使受電電壓足夠高的方式設計了各天線的線 圈的情況下,可W省略步驟S401~步驟S403。另外,在本實施方式中在步驟S403中僅變更 了頻率W使控制誤差減小,但在受電電壓的要求值過高而僅通過頻率的變更無法滿足使控 制誤差達到預定的范圍內運一條件的情況下,可W除了頻率之外還變更相位偏離量。
[0179] W下,對效率捜索步驟進行說明。在效率捜索步驟中,反復進行第1動作(步驟 S502~S504)和第2動作(步驟S505,S506),所述第1動作是使相位偏離量每次變化預定 的值W使控制誤差信息所表示的誤差收于預定的范圍內的動作,所述第2動作是在第1動 作結束后使頻率變化預定的值W使輸入檢測電路的檢測結果所表示的值(在此為電流的 值)接近最小值的動作。更詳細而言,控制電路1009在執行了使頻率變化的第2動作之后, 不改變相位偏離量而再次取得控制誤差信息,在控制誤差信息所表示的誤差不處于上述的 預定的范圍內時,將此時的相位偏離量的值作為初始值來再次執行第1動作。通過反復進 行W上的動作,能夠一邊使向負載輸出的輸出電壓維持恒定一邊使傳輸效率最佳化。W下, 說明各個具體處理。
[0180] 首先,頻率控制部1005將輸入檢測電路的檢測值作為暫時最小值而記錄于未圖 示的存儲器等記錄介質中,并且使頻率變更預定的值(步驟S501)。接著,控制誤差判定部 1105取得從接收電路1103發送的控制誤差信息(步驟S502)。接著,控制誤差判定部1105 判定控制誤差信息的值是否在預定的范圍內(步驟S503)。如果誤差在預定的范圍外,則使 相位偏離量變更預定的值W使控制誤差減小(步驟S504)。然后,返回到步驟S502,繼續變 更相位偏離量的處理,直到在步驟S503中判定為控制誤差信息在預定的范圍內為止。 陽181] 當在步驟S503中判定為控制誤差處于預定的范圍內時,使處理移向最佳控制判 定部1106,判定由送電裝置1000的輸入檢測電路1002檢測出的電流的值是否比上次的值 大(步驟S505)。換言之,判定電流的值是否達到了最小值。在當前的電流的值比記錄在 存儲器等記錄介質中的上次的電流的值大的情況下,運意味著上次的電流的值是極小值。 反過來,在當前的電流的值為上次的電流的值W下的情況下,能夠判斷為還未達到極小值 (最小值)。因此,將記錄介質所存儲的值與當前的電流值進行比較,在當前的電流值比上 次的電流值低的情況下,判斷為還未達到最小值,將該電流值作為新的暫時最小值而記錄 于記錄介質,將頻率變更預定的量(步驟S506)。如此,當W新的頻率進行振蕩時,受電裝置 1020的輸出電壓變化。因此,控制電路1009再次進行步驟S502~S505的處理,進行變更 相位偏離量的處理,直到判定為控制誤差信息所表示的差處于預定的范圍內為止。當步驟S504的相位偏離量的調整的結果是在步驟S503中判定為控制誤差處于預定的范圍內時, 再次判定送電裝置的輸入電流(即消耗電力)是否為最小(步驟S505)。若最終新的消耗 電力比上次的消耗電力高,則判斷為上次的頻率下的消耗電力為最小(步驟S505的"是"), 設定為最小時的頻率W及相位偏離量來繼續送電一定時間(S507)。然后,在經過了預定的 時間(例如數秒~數十秒)時,返回到步驟S502,再次反復步驟S502~步驟S507的捜索, 始終跟隨負載的變化。由此,能夠一邊維持受電側要求的目標電壓值一邊維持高的傳輸效 率。 陽182] 實施例2 陽183] 接著,對作為上述的第3方式的實施例2進行說明。在實施例2的無線電力傳輸 系統中,將滿足控制誤差信息維持在預定的范圍內的條件而控制誤差無限小的情況下的諸 特性的一例示出于圖16A~圖16D。圖16A~圖16D是W橫軸為頻率而在縱軸上分別描繪 了受電電壓、相位偏離量、送電裝置1000的消耗電流、傳輸效率的圖。在控制誤差維持在預 定的范圍內時,如圖16A所示,即使使頻率按f1、f2、f3、f4的順序變化,受電電壓也維持為 恒定的目標電壓。為了將控制誤差維持在預定的范圍內,在各頻率,如圖8B所示使相位偏 離量根據頻率而變化即可。在如此控制相位偏離量時,送電裝置1000的消耗電流如圖16C 所示那樣變化,在頻率f3時電流達到最小。另一方面,傳輸效率如圖16D所示那樣變化,在 頻率巧時效率達到最高。根據W上所述,可知在送電側的消耗電流達到最小的頻率時傳輸 效率達到最高。 陽184] 如果控制誤差信息處于預定的范圍內,則向負載提供的電壓也維持在預定的范圍 內,在與負載的變動的間隔相比足夠短的時間進行觀察時,由負載消耗的受電電力視為恒 定。該情況下,明確了在送電側的消耗電力達到最小的頻率時傳輸效率達到最高。另一方 面,電力由電壓X電流來表示。在本實施方式中,由于DC電源1030是定電壓源,所W向送 電裝置1000輸入的電壓恒定。即,送電裝置1000的消耗電流最小時,送電側的消耗電力達 到最小,結果是傳輸效率達到最高。 陽185] 圖17是表示本實施例的捜索控制的一例的示意圖。圖18A是表示進行了圖17所 示的捜索控制時的控制誤差信息所表示的誤差的時間變化的圖。同樣,圖18B是表示進行 了捜索控制時的頻率的時間經過的圖。圖18C是表示進行了捜索控制時的相位偏離量的時 間經過的圖。圖18D是表示控制誤差十分接近0時由輸入檢測電路1002檢測的電流的時 間經過的圖。 陽186] 在本例中,首先,如圖17所示,在時刻toW初始頻率fOW及初始相位偏離量柳 開始了控制時,受電電壓比目標電壓低,因此控制誤差示出正值。因此,W使控制誤差接近 0的方式變更頻率。在本例中,頻率越低則受電電壓越增加,因此使頻率從fo減小到n來 使控制誤差接近0。該處理與前述的準備步驟S401~S403對應。在時間tl控制誤差成為 0,將受電電壓調整到了目標電壓,然后進入效率捜索步驟,使頻率從n向f2變更。由于頻 率的變更而受電電壓從目標電壓偏離,相應地使相位偏離量從聲0變更到巧1而再次使受電 電壓與目標電壓一致。反復進行運樣的動作的結果是能夠判斷為在頻率f3時電流達到最 低,傳輸效率高。該情況下,在時刻t4W后繼續W頻率巧進行傳輸。
[0187] 在本實施例中,在變更頻率時不將開始輸出調整的相位偏離量返回到f化,而直接 保持上次的頻率下的控制誤差處于預定的范圍內時的相位偏離量。因此,能夠抑制變更了 頻率時與受電側要求的目標電壓的偏離。 陽188] 控制方法不限定于上述的例子,例如也可W采用圖19A~圖19D所示的方法。圖 19A~圖19D示出了在變更頻率時通過圖20所示的根據上次的值和上上次的值而預測出的 相位偏離量來開始輸出調整的方式下的控制的例子。 陽189] 圖19A是表示控制誤差信息的時間經過的圖。同樣,圖19B是表示進行了控制的 頻率的時間經過的圖。圖19C是表示進行了控制的相位偏離量的時間經過的圖。圖19D是 表示控制誤差十分接近0時由輸入檢測電路1002檢測的電流的時間經過的圖。
[0190]在時刻11頻率n時控制誤差成為0的相位偏離量為(po、在時間t2頻率f2時控 制誤差成為0的相位偏離量為帶1的情況下,如圖20所示,在將頻率變更為巧時,能夠通過 下述的(式2)來預測相位偏離量巧20。
[01川920=(聲1-(|>0) * ( O-n ) / Cf2-fU +巧0 ? ? ?(式。
[0192] 因此,在圖19C所示的例子中,頻率巧下的輸出調整被控制成從相位偏離量巧20 的狀態開始。在時刻t3,將頻率變更為f4時,也能夠基于同樣的式來預測相位偏離量 根據運樣的控制,與圖17、18所示的控制相比,能夠縮短輸出電壓的調整所需的時間,能夠 進行更高速的控制。
[0193] 此外,上述的式只不過是單純的例子,也可W通過其他的方式來求出相位偏離量 的初始值巧20、([)30等。例如,可W也考慮上上次W前的相位偏離量來算出相位偏離量的 預測值。在運些預測控制中,控制電路1009在變更頻率時至少基于上次W及上上次的相位 偏離量來求出相位偏離量的預測值,將該預測值作為初始值來執行步驟S502~S504的動 作即可。
[0194] 此外,在本實施方式例中,步驟S505中的判定,使用送電側的電流進行了說明,由 于DC電源1030是定電壓源,所W電流成為了判斷基準。目P,如果DC電源1030是定電流源, 則判定基準可W使用電壓。另外,步驟S505中的判定可W基于送電側的消耗電力來進行。 該情況下,輸入檢測電路檢測送電裝置內的電流W及電壓運兩方來算出消耗電力即可。在 DC電源1030的輸出電壓在負載大時會降低的情況下,通過將電力本身設為判定基準,能夠 使精度提高。
[0195] 另外,在上述的說明中,W圖17所示的受電電壓-頻率特性作為了前提,因此一邊 從高的頻率向低的頻率變更一邊使受電電壓接近恒定,但不限定于運樣的控制。根據系統 的受電電壓-頻率特性通過最佳的方法來控制頻率W及輸出時間比即可。
[0196] 根據本實施例,不需要受電側的電力本身的信息,而根據控制誤差信息來捜索效 率最高的頻率。在作為Wpc(WirelesspowerConsortium)制定的無線供電的國際標準規格 的Qi規格下,作為無線電力傳輸系統中的從受電裝置反饋的信息,除了控制誤差信息之外 還規定了受電側的電力信息。在Qi規格下,從受電裝置反饋的電力信息的發送頻度規定為 1500msec,控制誤差信息的發送頻度規定為250msec。因此,在根據受電側的電力信息和在 送電側檢測的電力信息來算出傳輸效率并且捜索傳輸效率成為最高的頻率的情況下,找到 最佳的頻率之前所花費的時間長。在本實施方式中,使用控制誤差信息,因此能夠更高速地 捜索最佳的頻率。 陽197]另外,本實施方式例中的控制,是在接收電路1003接收到預定的范圍內的控制誤 差信息時捜索送電側的消耗電流成為最小的條件的方式,因此所需的信息只是根據受電側 的電壓等算出的控制誤差信息和送電側的電流等的信息即可。因此,與直接算出傳輸效率 的情況(需要送電側的電流和電壓的信息、化及受電側的電流和電壓的信息)相比,所需的 信息的量少,能夠減輕控制負荷。 陽19引 <控制方式4〉
[0199]接著,說明本公開的實施方式的控制方式的第4例。圖21是表示控制方式4的送 電裝置1000的功能構成的框圖。對與圖2B、13共同的構成要素標注相同的參照附圖標記。 在控制方式4中,取代相位控制部1003而具備控制脈沖的占空比的占空比控制部1203。除 運一點之外都與上述的控制方式3相同。因此,W與上述的控制方式3不同之處為中屯、來 說明。 陽200] 在控制方式4中,控制電路1009通過使向各開關元件輸入的脈沖的占空比變化來 調整輸出時間比。圖22AW及圖22B是表示向振蕩電路輸入的脈沖波形的例子的圖。圖 22A示出了占空比為50%的情況下向開關元件Sl~S4分別施加的脈沖電壓、從振蕩電路 1001輸出的電壓Va、W及將電壓Va轉換成了正弦波時的電壓Vout的波形的一例。圖22B 示出了占空比為25%的情況下的運些電壓的波形的一例。如運些圖所示,通過使占空比從 50%移開,能夠減小所輸出的交流電壓Va的輸出時間比W及正弦波電壓Vout的振幅。換 言之,在占空比為50%時獲得最大輸出,能夠通過使占空比降低到比50%小的任意的值來 進行輸出調整。 陽201] 對于控制方式4的控制流程,在上述的控制方式3的控制流程中,除了與相位控制 相關的部分被替換為由占空比控制部1103進行的占空比控制運一點之外都相同。因此,省 略詳細的動作說明。 陽202] 此外,圖2B所示的振蕩電路1001是具有4個開關元件的全橋構成的電路,但在本 實施方式中,也可W使用圖12所示那樣的具有2個開關元件的半橋構成的電路。由此,能 夠通過更簡單的構成來實現本實施方式的高效且穩定的動作。 陽203]<控制方式5〉
[0204] 接著,說明本公開的實施方式的控制方式的第5例。圖23是表示本實施例的送電 裝置1000的功能構成的框圖。對與圖2BW及圖13共同的構成要素標注相同的參照附圖 標記。在本實施例中,在DC電源1030與振蕩電路1001之間連接有DC/DC轉換器1011。并 且,在控制電路1009取代相位控制部1003、占空比控制部1103而具備電壓控制部1203運 一點上不同于實施方式1W及實施方式2。電壓控制部1303構成為控制DC/DC轉換器1011 的輸出電壓。除此W外都與實施方式1W及實施方式2相同。在控制方式5中,脈沖輸出 電路1004W及DC/DC轉換器1011構成調整從振蕩電路1001輸出的電壓的頻率W及振幅 的調整電路。
[0205]另外,在控制方式5中,向振蕩電路1001的各開關元件輸入的脈沖W預定的相位 偏離量W及占空比而固定,通過DC/DC轉換器1011使向振蕩電路1001供給的直流電壓變 化,由此調整從振蕩電路1001輸出的電壓的振幅。DC/DC轉換器1011例如能夠采用使用了 扼流圈的非絕緣型轉換器、使用了變壓器的絕緣型轉換器等公知的構成。控制電路1009的 電壓控制部1008c能夠通過調整向DC/DC轉換器1011所包含的開關元件輸入脈沖的輸入 定時等方法,使DC/DC轉換器1011的輸出電壓變化。 陽206]另外,控制方式5的控制流程,除了與相位控制相關的部分被替換為由電壓控制 部1303使DC/DC轉換器1011的輸出電壓變化的控制運一點之外都與實施方式1的控制流 程相同。因此,省略詳細的動作說明。
[0207] 另外,在控制方式5中,也可W與第2實施方式同樣使用圖12
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