專利名稱：用于向負(fù)載供電的系統(tǒng)及方法
用于向負(fù)栽供電的系統(tǒng)及方法
背景技術(shù)：
間歇性激勵(lì)裝置的感應(yīng)供電(inductive powering)將會(huì)是十分方便 的。初級(jí)線圏設(shè)置在某些方便的位置。當(dāng)放置成接近初級(jí)線圈時(shí)，帶 適當(dāng)次級(jí)線圏的裝置4皮提供能量，而無需將裝置連接到軟線或電纜。 但是對(duì)于感應(yīng)式電源來說，能量消耗的如此迅速變化會(huì)存在問題。
某些裝置(比如那些用于烹飪的裝置》皮設(shè)計(jì)為能夠間歇性地從電 源獲取能量。比如，電源使用相當(dāng)大的功率將其烹飪面加熱到期望的 溫度。當(dāng)?shù)竭_(dá)那個(gè)溫度時(shí)，電飯煲就停止用電。如果烹飪面變冷，就 再次以相當(dāng)大的功率加熱其烹飪面。
感應(yīng)電源建立遠(yuǎn)程裝置從中獲取能量的磁場(chǎng)。由遠(yuǎn)程裝置引起的 能量消耗的瞬時(shí)停止不會(huì)自動(dòng)終止磁場(chǎng)。相反，先前建立的磁場(chǎng)在遠(yuǎn) 程裝置不再獲取能量之后還將繼續(xù)存在獲取。感應(yīng)電源(inductive power supply)將會(huì)繼續(xù)向磁場(chǎng)提供能量，引起電源內(nèi)部的過電流。如 果不加以抑制，這種電源內(nèi)部的大電流可以最終導(dǎo)致電源的電子元件 的損壞，比如晶體管和其他半導(dǎo)體裝置的損壞，致使電源不能使用。
因此很需要一種改進(jìn)的感應(yīng)電路以向負(fù)載提供能量。
附圖簡(jiǎn)述


圖1顯示了向間歇負(fù)載(intermittentload)提供能量用的感應(yīng)電源。 圖2顯示了用于向間歇負(fù)栽提供感應(yīng)能量的電路的操作方法。
發(fā)明實(shí)施例
圖1是為遠(yuǎn)程裝置8提供能量的感應(yīng)電源6。逆變器(inverter)10 傳統(tǒng)上由振蕩器12、驅(qū)動(dòng)器(driver)14,晶體管16、 18構(gòu)成，以用于j向儲(chǔ)能電路20提供交流電。儲(chǔ)能電路20是由初級(jí)電容器22和初級(jí) 感應(yīng)器24構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。用于電路的電源可以是任何直流功率 源，如AC-DC變換器或電池。
振蕩器12、驅(qū)動(dòng)器14和儲(chǔ)能電路20可為常規(guī)裝置。適當(dāng)裝置 和電路更深入的介紹可以在名為"感應(yīng)連接的穩(wěn)定電路，，("Inductively Coupled Ballast Circuit")的美國(guó)專利6,825,620、名為"適應(yīng)感應(yīng)電源，， ("Adaptive Inductive Power Supply")的申請(qǐng)序列號(hào)1 0/689， 499的美 國(guó)專利申請(qǐng)和名為"帶通信的適應(yīng)性感應(yīng)電源"("Adaptive Inductive Power Supply with Communication")的申請(qǐng)序列號(hào)10/689,148的美國(guó) 專利申請(qǐng)中找到。這些專利及申請(qǐng)從而被參考引用。
遠(yuǎn)程裝置8由次級(jí)感應(yīng)器28、次級(jí)電容器30、負(fù)載32,可選 的裝置收發(fā)器44和可選的存儲(chǔ)器46構(gòu)成。眾所周知，次級(jí)感應(yīng)器28 和次級(jí)電容器30向遠(yuǎn)程裝置32 "^是供能量?？障?4將初級(jí)感應(yīng)器24和 次級(jí)感應(yīng)器28分開。優(yōu)選地，初級(jí)感應(yīng)器24和次級(jí)感應(yīng)器28是無 芯的。
相位比較器36的一個(gè)輸入端是提供到儲(chǔ)能電路20的電壓。相位 比較器36的第二輸入端是提供到初級(jí)感應(yīng)器24的電壓。如果提供到 儲(chǔ)能電路20的電壓與提供到初級(jí)感應(yīng)器24的電壓同相，相位比較器 36就向微處理器38提供邏輯"0"。如果這兩個(gè)電壓不同相，則相位 比較器36向微處理器38提供邏輯"1"輸出。
在運(yùn)行中，當(dāng)遠(yuǎn)程裝置8獲取能量時(shí)，提供到儲(chǔ)能電路20和初 級(jí)感應(yīng)器24的電壓同相。但是，當(dāng)遠(yuǎn)程裝置8不再獲取能量時(shí)，提 供到儲(chǔ)能電路20和初級(jí)感應(yīng)器24的電壓就變成不同相。當(dāng)電壓異相 時(shí)，相位比較器36提供邏輯"1"輸出。
為了將供給遠(yuǎn)程裝置8的電壓相位的小幅變化與遠(yuǎn)程裝置8不 再獲取能量的情況分開，僅在電壓有大約90度的異相時(shí)，相位比較 器36才輸出邏輯"1"。眾所周知，相位比較器36可被調(diào)整到為不 同的異相條件提供邏輯"1"的輸出。例如，相位比較器36可以在電壓有45度異相時(shí)提供邏輯，T，的輸出。
微處理器38控制振蕩器12的運(yùn)行。當(dāng)相位比較器的輸出為"0" 時(shí)，則微處理器38使逆變器IO工作。
但是，當(dāng)相位比較器檢測(cè)到的電壓相位異相時(shí)，微處理器則禁用 逆變器IO，并且因此立即阻止能量進(jìn)一步流過儲(chǔ)能電路20?？蛇x地， 微處理器38可由適當(dāng)?shù)哪M或數(shù)字電路替換，這些模擬或數(shù)字電路 能夠基于相位比較器36的輸出而禁用振蕩器12。
相位比較器36是簡(jiǎn)單的檢測(cè)型(go/no-go)相位比較器。相位偵測(cè) 器由異或門、低通濾波器和電壓比較器構(gòu)成。低通濾波器提供0°和90° 之間的線性相位信息。
可選地，相位比較器36可被數(shù)字化，以提供表示兩電壓間的相 位差的標(biāo)量。如果這樣的話，則存儲(chǔ)器40可含有表示可接受相位關(guān) 系的值和表示不可接受相位關(guān)系的值。微處理器38可以讀取相位比 較器36的輸出，并將讀取的值與存儲(chǔ)器40內(nèi)的值進(jìn)行比較，然后根 據(jù)需要禁用振蕩器12。 .
由于微處理器38用于相位檢測(cè)而導(dǎo)致的有關(guān)時(shí)間延遲在某些場(chǎng) 合是有害的。如果儲(chǔ)能電路20的Q值十分高，延遲會(huì)導(dǎo)致晶體管16, 18的毀壞。但是，如果儲(chǔ)能電路20的Q值充分地低，微處理器38 就可在某些場(chǎng)合中使用。
電源6可以設(shè)置有電源收發(fā)器42,以用于從可選的遠(yuǎn)程裝置收 發(fā)器44接收信息。遠(yuǎn)程裝置收發(fā)器44將向微處理器38提供信息， 這些信息相關(guān)于在向遠(yuǎn)程裝置8的能量傳送期間由相位比較器36檢 測(cè)到的期望的或可接受的相位關(guān)系。微處理器38隨后在存儲(chǔ)器40內(nèi) 存儲(chǔ)這些信息，以用于確定遠(yuǎn)程裝置8是否在接收能量。微處理器38 然后將相位比較器36的輸出與來自存儲(chǔ)器8的信息進(jìn)行比較。如果 需要的話，微處理器38禁用振蕩器12的運(yùn)行。例如，如果遠(yuǎn)程裝置 8要求，由相位檢測(cè)器36檢測(cè)的相位關(guān)系在正常工作期間不應(yīng)超過 45度的異相，并且由相位檢測(cè)器36測(cè)量的電壓為50度異相，則微處理器38禁用振蕩器12。
遠(yuǎn)程裝置收發(fā)器44可使用眾多裝置中的任意一些，諸如RFCD 標(biāo)簽、無線局域網(wǎng)發(fā)射器或藍(lán)牙發(fā)射器。遠(yuǎn)程裝置也可設(shè)置有可包含 相位信息的遠(yuǎn)程裝置存儲(chǔ)器46。可選地，存儲(chǔ)器40可為多個(gè)裝置存 儲(chǔ)期望的相位關(guān)系。遠(yuǎn)程裝置收發(fā)器44可以向遠(yuǎn)程裝置8傳送識(shí)別 碼，然后處理器38將從存儲(chǔ)器40中查找相應(yīng)的相位信息。微處理 器38然后將相位比較器36的輸出與從存儲(chǔ)器40中檢索的相位信息 進(jìn)行比較。如果存儲(chǔ)器40中檢索的相位信息與相位比較器36的輸出 不相對(duì)應(yīng)，則微處理器禁用振蕩器12。
如上描述，在微處理器38禁用振蕩器12后，微處理器38在預(yù) 定時(shí)間段后使振蕩器12再次工作。如果相位比較器36的輸出指示了 可接受的相位關(guān)系，從而指示了遠(yuǎn)程裝置32再次準(zhǔn)備好接受能量， 那么微處理器38繼續(xù)允許振蕩器12工作。但是如果如上描述的，相 位比較器36的輸出指示不可接受的相位關(guān)系，那么微處理器再次禁 用振蕩器12，并在使振蕩器12再次能夠工作前暫停第二預(yù)定時(shí)間段。
圖2是用于操作如圖1所示的電路的方法。首先，振蕩器12在 預(yù)定頻率處工作。步驟100。讀耳又相位檢測(cè)器。步驟102。已經(jīng)證明， 每5ms讀取一次可接受。
然后評(píng)估相位以確定相位是否可^t妄受。步驟104。
如果相位不可接受，則關(guān)閉振蕩器。步驟106。振蕩器保持關(guān)閉 第一預(yù)定時(shí)間段。步驟108。振蕩器保持關(guān)閉的時(shí)間長(zhǎng)度依賴于具體 情況。如果感應(yīng)電源6是與烹飪器具(如煎鍋)一起使用，那么1分鐘 的時(shí)間段被認(rèn)為是可接受的。
.振蕩器然后纟皮供給能量。步驟110。振蕩器12的能量供給是為了 檢測(cè)以確定遠(yuǎn)程裝置8是否在再次獲取能量。振蕩器能夠工作于最 初的頻率或不同的"檢測(cè)，，頻率。在某些情況中，使電路的工作頻率 不同于檢測(cè)頻率是有益的。根據(jù)一種實(shí)施方式，"檢測(cè)"頻率是位于 遠(yuǎn)程裝置8的期望的工作頻率或諧振頻率之外的預(yù)定頻率。例如，如果遠(yuǎn)程裝置8期望能夠工作在特定頻率，或40KHz到50Hz之間的 頻率范圍中，那么檢測(cè)頻率可被設(shè)定在75KHz到80 KHz的范圍內(nèi)。 為了選擇檢測(cè)頻率，必須注意避免負(fù)載電路和無負(fù)載電路的諧振頻 率，及任何諧波共振頻率。
相位再次被讀取與評(píng)估。步驟112和114。如果相位是可接受的， 電路就以通常方式工作。如果相位不可接受，振蕩器關(guān)閉。步驟106。 從那點(diǎn)開始繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
上面描述的感應(yīng)電源對(duì)于為間隔使用相對(duì)大量電量的裝置提供 能量來說是理想的。電源可以快速地檢測(cè)到負(fù)載需求的變化，并隨后 自動(dòng)且臨時(shí)地關(guān)閉，以避免對(duì)電源的毀壞。
以上描述是優(yōu)選的實(shí)施方式。在不背離所附權(quán)利要求中限定的本
發(fā)明的精神和寬泛方面的情況下，可以進(jìn)行各種改型和變化，權(quán)利要
求可根據(jù)包括等同原則的專利法原則來進(jìn)行解釋。以單數(shù)形式主張的
元素的參考，例如，使用詞語(yǔ)"一個(gè)""該"或"所述"，不應(yīng)該解 釋為對(duì)單個(gè)元素的限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于向遠(yuǎn)程裝置提供能量的電路，包括逆變器，工作于工作頻率；儲(chǔ)能電路；感應(yīng)器，用于向所述遠(yuǎn)程裝置傳輸能量；相位比較器，用于將提供到所述儲(chǔ)能電路的電壓的相位和提供到所述感應(yīng)器的電壓的相位進(jìn)行比較；及禁用裝置，如果提供到所述感應(yīng)器的電壓的相位和提供到所述儲(chǔ)能電路的電壓的相位以預(yù)定量異相時(shí)，所述禁用裝置用于禁用所述逆變器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述逆變器還包括第一開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于括耦合到所述開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于括用于使所述開關(guān)工作在所述工作頻率的振蕩器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于述遠(yuǎn)程裝置接收關(guān)于工作相位的相位信息的接收器
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于碼和處理器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于二開關(guān)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于第二開關(guān)設(shè)置成串聯(lián)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于處理器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于所述逆變器還包所述逆變器還包還包括用于從所所述信息為識(shí)別所述電路具有第所述第一開關(guān)與所述禁用裝置是所述禁用裝置是才莫擬電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述禁用裝置數(shù)字電路。
12. —種使電路工作的方法，包括使逆變器工作在第一頻率；確定所述逆變器的第一工作相位；及如果所述笫一工作相位是不可"l妄受的，則禁用所述逆變器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述逆變器包括振蕩器，并且禁用所述逆變器的步驟包括禁用所述振蕩器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括將所述笫一工作相位與優(yōu)選的工作相位進(jìn)行比較。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括如果所述逆變器是禁用的，則等待一段時(shí)間；使所述逆變器工作在第二頻率；確定所述逆變器的第二工作相位； .如果所述第二工作相位是不可接受的，則禁用所述逆變器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所迷的方法，其特征在于，所述第一頻率與所述第二頻率相同。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一頻率與所述第二頻率不同。
全文摘要
用于以感應(yīng)方式向遠(yuǎn)程裝置提供能量的電源，包括工作在工作頻率的逆變器和初級(jí)線圈。相位比較器比較電壓的相位或由該電源傳輸?shù)碾娏鳌Ｈ绻稍撓辔槐容^器檢測(cè)到的相位關(guān)系不可接受，則禁用該逆變器。在預(yù)定時(shí)間段后，再使該逆變器工作，并且該相位關(guān)系再次被確定。
文檔編號(hào)H02M7/538GK101512888SQ200680037471
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者D·W·巴曼, J·J·洛德, W·J·巴赫曼 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司