WO2020007812A1 - Verfahren zum betrieb einer schaltung zur erzeugung eines elektromagnetischen felds und schaltung - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
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    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
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    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a circuit for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission and a corresponding circuit.
  • An electromagnetic field for inductive energy transmission is generally generated by means of at least one winding structure (primary winding structure) which is subjected to an alternating voltage and then generates the electromagnetic field.
  • the electromagnetic field generated in this way is generated by means of a further winding structure (secondary winding structure), e.g. May be part of the terminal, receive and induce a voltage which then e.g. can be used to operate the terminal or to charge a battery.
  • a second possibility is to set an input DC voltage of an inverter in order to generate this AC voltage. This is usually done with suitable DC / DC converters, for example buck converters or buck-boost converters.
  • Energy transmission is, in particular, energy transmission to a mobile terminal, e.g. a mobile phone or a tablet PC, which can also be called a receiver.
  • a mobile terminal e.g. a mobile phone or a tablet PC, which can also be called a receiver.
  • the circuit can be installed in a vehicle.
  • the circuit can be connected in terms of signal and / or data technology to a vehicle communication system and / or to an electrical system of the vehicle.
  • this is not mandatory.
  • the circuit can also be used in other areas of application which require the generation of an electromagnetic field for inductive energy transmission.
  • the circuit for generating the electromagnetic field comprises at least one inverter. Furthermore, as explained in more detail below, the circuit can have at least one control device for controlling the operation of the inverter, at least one filter device for filtering an output voltage of the
  • the output voltage of the inverter is one
  • An input voltage of the inverter is one
  • the inverter designates a component or a set of components with which an AC voltage with desired properties, in particular a desired (basic) frequency and / or a desired amplitude, can be generated from an input DC voltage.
  • the inverter can be a bridge circuit, in particular a so-called half-bridge or so-called full bridge, be trained.
  • the inverter can comprise switching elements, for example switching elements designed as so-called MOSFETs or IGBTs. These switching elements can be put into a conducting state or into a blocking state by a clock signal (gate signal).
  • the clock signal can be provided or generated by at least one control device.
  • the clock signal provided in this way can then be transmitted to a gate connection of the switching element via a so-called gate driver.
  • the gate driver can amplify the clock signal.
  • the gate driver can also be part of the circuit.
  • a switching element can first be put into a conducting state and then into a blocking state or vice versa during a period of the corresponding clock signal.
  • a switching element can be switched to the conducting state when a level of the basic clock signal has a predetermined first level value.
  • This first level value can also be referred to as a high level.
  • the switching element can be put into a locked state if a level of the basic clock signal has a second predetermined value.
  • This second level value can also be referred to as a low level.
  • the high level can be higher than the low level.
  • a duty cycle of the clock signal can in particular refer to a ratio of the time duration in a period in which the clock signal has the high level to the total period duration.
  • the clock signal can have a so-called clock frequency.
  • a desired frequency of the output voltage of the clock signal can have a so-called clock frequency.
  • Inverter can be set.
  • the clock frequency can be equal to the desired frequency.
  • the inverter is operated at a first clock frequency to provide the AC voltage.
  • a first clock frequency can mean in particular that at least one, but preferably all, switching element (s) of the inverter are switched at this first clock frequency.
  • the first clock frequency can also be used here
  • the first clock frequency can be 11 1 kHz, for example.
  • the operation with the first clock frequency can take place in particular by a
  • Basic clock signal is generated at the first clock frequency, the basic clock signal or a clock signal generated as a function of the basic clock signal is then used to control the switching processes of the switching elements of the inverter.
  • the basic clock signal can e.g. be a square wave.
  • Basic clock signal can correspond to a predetermined value, preferably 0.5.
  • the operation of the inverter in particular the
  • Switching elements of the inverter with the first clock frequency superimposed on operation with a further clock frequency.
  • This can mean in particular that at least one, preferably all, switching element (s) of the inverter are operated at least temporarily with a further clock frequency during operation with the first clock frequency.
  • the operation with the further clock frequency can take place in particular by generating a modulation signal with the further clock frequency and the clock signal for controlling the switching processes of the switching elements of the inverter
  • the modulation signal can e.g. be a square wave. Alternatively, however, it is also possible for the modulation signal to have a shape different from the rectangular shape.
  • Both the basic clock signal and the modulation signal can thus form signals for generating the (resulting) clock signal for controlling the switching elements of the inverter.
  • the basic clock signal is changed by the modulation signal, that is, modulated.
  • the basic clock signal can form a carrier signal and the modulation signal can form a signal for modulating it.
  • the modulation can e.g. by a simple overlay, e.g. in the form of a signal addition.
  • the modulation is preferably carried out by ANDing the two signals.
  • the basic clock signal can form the clock signal in a first time interval and the modulation signal in a further time interval.
  • the transmitted power can then be set by setting at least one property of the further modulation signal, in particular a duty cycle of the modulation signal.
  • the change in the at least one property can lead to a change in the transmitted power, in particular with otherwise constant boundary conditions.
  • Output voltage of the inverter and thus serve to adjust the frequency of the electromagnetic field for inductive energy transmission, the modulation signal being used to adjust the power to be transmitted.
  • Output voltage of the inverter is used to change, which enables easy control of the inverter.
  • the further clock frequency is higher than the first clock frequency.
  • the frequency of the modulation signal is higher than the frequency of the basic clock signal. This advantageously results in an easily realizable change in the basic clock signal for setting a desired power to be transmitted.
  • the clock frequency of the modulation signal is preferably 5 times to 15 times higher than the clock frequency of the basic clock signal, preferably 10 times higher.
  • a clock signal is dependent on a basic clock signal with the first clock frequency and a modulation signal with the generated another clock frequency.
  • a switching element-specific clock signal can be generated for each switching element of the inverter. Different clock signals can thus be generated.
  • a switching element of the inverter during a period in which the basic clock signal during a period of
  • Basic clock signal has a first level, switched with the further clock frequency.
  • the first level can preferably be the high level.
  • the first level can also be the low level.
  • the switching element also during a period in which the basic clock signal has a second level during a period of the basic clock signal, e.g. the low or the high level, with which the further clock frequency is switched.
  • this is not mandatory.
  • Switching element of the inverter is not switched at the further clock frequency during the period in which the basic clock signal has the second level.
  • the first switching element is brought into a conducting state by the first level. This advantageously results in simple modulation of the basic clock signal for setting the power to be transmitted.
  • the first and the modulation signal have the same amplitude. However, it is also possible that the amplitudes of the basic clock signal and the modulation signal are different from one another. This also advantageously results in an easily realizable setting of the power to be transmitted.
  • a duty cycle of the modulation signal is changed.
  • the duty cycle can be changed in particular to set the power to be transmitted.
  • the duty cycle can be set as a function of a power to be transmitted.
  • the duty cycle can be set between 0 (inclusive, exclusive) and 1 (inclusive, exclusive). This advantageously results in an easily realizable setting of the power to be transmitted.
  • Basic clock signal is constant.
  • the duty cycle can also change during a period of the basic clock signal.
  • an output voltage of the inverter is filtered, at least one winding structure for generating the
  • Inverter generated output voltage can be reduced or completely eliminated.
  • a filter circuit can be used for filtering.
  • This filter circuit can have at least one grounding section which is connected to a reference potential.
  • the filter circuit is preferably designed symmetrically relative to the grounding section.
  • a circuit for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission is also proposed.
  • the circuit serves to carry out a method for operating a circuit for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission in accordance with one in this disclosure
  • the circuit is thus particularly such
  • the circuit comprises an inverter and at least one control device.
  • the control device can be designed as a microcontroller or can include one.
  • the inverter can be operated to provide an AC voltage with a first clock frequency, operation with the first clock frequency being operation with another
  • At least one control device or a further control device, at least one clock signal for operating at least one
  • Switching element of the inverter can be generated as a function of a basic clock signal with the first clock frequency and a modulation signal with the further clock frequency.
  • the basic clock signal can be generated by a basic clock signal generating device.
  • the basic clock signal generating device can be the control device.
  • the modulation signal can be generated by a modulation signal generating device.
  • the modulation signal generating device can be different from the basic clock signal generating device.
  • At least one clock signal for operating at least one switching element of the inverter can be generated as a function of the basic clock signal and the modulation signal.
  • the circuit can have a device for providing the clock signal, e.g. a modulation device.
  • the control device can be the provision of the clock signal.
  • the device for providing the clock signal can also be a logic circuit, in particular an analog logic circuit, in particular a CPLD.
  • the device for providing the clock signal can also be an integrated circuit, in particular an FPGA.
  • the clock signal is transmitted to a gate driver, the gate driver amplifying the clock signal and transmitting it to at least one switching element of the inverter.
  • the circuit may further comprise a filter circuit for filtering the AC voltage output signal.
  • the circuit can comprise a primary winding structure for generating the electromagnetic field for inductive energy transmission. This primary winding structure can be electrically connected to AC voltage output connections of the inverter, in particular via the filter circuit explained.
  • the circuit can have at least one gate driver, the gate driver generating a switching signal for a switching element as a function of the clock signal.
  • the gate driver can amplify the clock signal.
  • the circuit comprises a filter circuit, the filter circuit having at least one grounding section which is connected to a
  • the reference potential is preferably a ground potential. This advantageously results in the interference-free superposition of a further clock frequency. Furthermore, it advantageously follows that the sum of the interference currents, caused by the square-wave switching voltage of the bridges with their harmonics, can be derived from the reference potential.
  • the filter circuit is symmetrical relative to the grounding section. This can mean that a first sub-arrangement of electrical components of the filter circuit between a first
  • AC voltage output connection of the inverter and the grounding section corresponds to a second partial arrangement of further electrical components of the filter circuit between a second AC voltage output connection of the inverter and the grounding section.
  • the two partial arrangements explained are of identical design, in particular with regard to the dimensioning of the electrical components and their electrical arrangement / connection. If the first AC voltage output connection of the inverter is connected to the grounding section via the first partial arrangement of electrical components of the filter circuit, then the second AC voltage output connection of the inverter can be connected to the
  • Earthing section can be electrically connected via the second sub-arrangement, the second arrangement being designed like the first arrangement.
  • Filter circuit can be dimensioned smaller with respect to the maximum permissible voltages / currents occurring during operation, which in turn can reduce the installation space and costs in the manufacture of the proposed circuit.
  • an electrical connection between a DC voltage supply unit for providing the input voltage of the inverter and a DC voltage connection of the inverter is free of a DC voltage converter. In other words, the input voltage of the inverter cannot be set / changed via a DC voltage converter.
  • Inverter fluctuates. Such fluctuations are permissible and can in particular be corrected. It is also possible that voltage fluctuations are used specifically to influence performance, e.g. through a targeted setting of the input voltage.
  • the circuit may also include a DC supply device, e.g. a corresponding energy storage device or a connection interface for connection to an external DC voltage network.
  • a DC supply device e.g. a corresponding energy storage device or a connection interface for connection to an external DC voltage network.
  • the circuit does not include a DC / DC converter for setting / changing the input voltage of the inverter.
  • the invention is explained in more detail using exemplary embodiments.
  • the individual figures show:
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of an inventive
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of a filter circuit
  • Fig. 4 is a schematic flow diagram of an inventive
  • the circuit 1 schematically shows a block diagram of a circuit 1 according to the invention for generating an electromagnetic field for inductive energy transmission to a terminal, not shown, in particular a portable terminal.
  • the circuit 1 comprises an inverter 2, the inverter 2 comprising a first subcircuit 2a designed as a half bridge and a further subcircuit 2b also designed as a half bridge.
  • the circuit 1 further comprises a filter circuit 3, which likewise comprises a filter subcircuit 3a and a further filter subcircuit 3b.
  • the circuit 1 according to the invention can further comprise a compensation circuit 4.
  • the compensation circuit allows a resonance frequency of a circuit arrangement, which comprises the filter circuit, the compensation circuit and a primary winding structure 5, to be set to a desired resonance frequency.
  • the circuit 1 can also include the at least one primary winding structure 5. However, it is of course possible for the circuit 1 to comprise more than one, that is to say several, primary winding structures 5.
  • a DC voltage supply device 6 is also shown. This can also be part of the circuit 1.
  • the DC voltage supply device 6 the For example, can also be designed as a circuit, an input (DC) voltage is provided for the inverter 2.
  • the input voltage can have an amplitude of 14 V, for example.
  • Vehicle communication system and / or to an electrical system of the vehicle
  • the inverter 2 then converts this DC voltage into one
  • AC voltage is applied and generates an electromagnetic field for inductive energy transmission.
  • the circuit 1 further comprises a e.g. trained as a microcontroller
  • the control device 7 generates a basic clock signal TS1.
  • This basic clock signal is generated at a first frequency, which can also be referred to as the basic frequency.
  • the basic frequency can be 11 1 kHz, for example.
  • the basic clock signal TS1 is transmitted to a modulation device 8.
  • Modulation device 8 can be designed in particular as a logic circuit, in particular as an analog circuit.
  • the modulation device 8 is preferably designed as a CPLD (Complex Programmable Logic Devices).
  • a signal generating device 1 which can also be part of the circuit 1, generates a modulation signal TS2.
  • This modulation signal TS2 is generated in phase synchronization with the basic clock signal TS1.
  • the modulation signal TS2 is generated with a further frequency, which can also be referred to as the modulation frequency.
  • the modulation signal TS2 with a predetermined duty cycle,
  • the modulation frequency can be a multiple, in particular an integer multiple, of the basic frequency.
  • the clock frequency of the basic clock signal TS1 can be lower than the clock frequency of the modulation signal TS2.
  • Modulation signal in a range from 0 (exclusively) to 100 (inclusive), preferably 10 times, greater than the clock frequency of the basic clock signal TS1.
  • the modulation device 8 can send the modulation signal TS2 to a
  • the duty cycle of the modulation signal TS2 can be changed by means of the signal processing device 10.
  • the control device 7 can specify a target duty cycle, for example in the form of a control (direct) voltage, the signal processing device 10 using the
  • Duty cycle of the modulation signal TS2 is set to this target duty cycle.
  • the duty cycle of the modulation signal can be between 0 (inclusive) and 1
  • the duty cycle can be set as a function of a desired power to be transmitted.
  • the duty cycle can be encoded, for example, by a level of the control voltage.
  • the signal processing device 10 can also be a logic circuit, in particular an analog, logic circuit. This is used in particular for signal conditioning or shaping.
  • the modulation signal TS2 with the duty cycle set by the signal processing device 10 can then be transmitted to the modulation device 8 again.
  • the modulation can in particular be a pulse width modulation.
  • there can be a logical AND operation between the basic clock signal TS1 and the modulation signal TS2 with a set duty cycle.
  • the basic clock signal TS1 can be a square wave signal.
  • the modulation signal TS2 can also be a square wave signal. The change can, however, only take place if the basic clock signal TS1 has a first level, in particular a high level, during a period. If the basic clock signal TS1 has a second level, in particular a low level, during a period, no change can be made by the modulation signal TS2. In this case, the clock signal can correspond to the basic clock signal TS1.
  • the first clock signal TS1 can be changed in particular in such a way that a switching element of the inverter 2 switches back and forth between a conducting state and a blocking state with the further clock frequency during a period in which the first clock signal TS1 has a first level becomes.
  • the resulting clock signals RTSa, RTSb generated in this way are then transmitted to gate drivers 9a, 9b, which the corresponding resulting clock signals RTSa,
  • RTSb amplify and as switching signals on switching elements of the half bridges 2a
  • the resulting clock signals RTSa, RTSb can be different from each other.
  • Modulation device 8 takes place. It is possible that the duty cycle of the
  • Modulation signal is constant within a period of the basic clock signal TS1.
  • circuit 1 parameters of circuit 1, e.g. a voltage U5 of the primary winding structure 5, a temperature T of the primary winding structure 5, a
  • Bridge voltage U2 and a bridge current I2 which can be detected, for example, by means of suitable detection devices or sensors, via the
  • Signal processing device 10 can be transmitted to the control device 7.
  • the signal processing device 10 is used for signal conditioning
  • a further parameter can be, for example, an input DC voltage of the
  • Be inverter 2 which is provided by the voltage supply device 6. This can vary due to changes in external framework conditions, for example when starting an engine if the circuit is in one
  • Vehicle is installed and connected to a vehicle electrical system.
  • Operating point of the circuit in particular a currently transmitted power, can be determined by the control device 7. Depending on what is determined
  • Working point can then be changed by the control device 7, the power to be transmitted, in particular by changing the target duty cycle STG, e.g. by changing the control voltage explained above accordingly.
  • Arises e.g. a deviation from a desired power to be transmitted can then be set a duty cycle of the further control signal or the further clock signal, so that the desired power to be transmitted is again transmitted by the circuit 1.
  • Secondary winding structure which receives the electromagnetic field generated by the primary winding structure 5, by a corresponding change in
  • Properties e.g. a change in the coupling coefficient, a change in properties of the voltage U5 of the primary winding structure 5.
  • electrical properties of the secondary winding structure can be changed according to a certain sequence, in particular a desired bit sequence, e.g. corresponding to a bit sequence of a desired data stream (sequence of high level and low level bits).
  • the system resonance circuit which is formed from the primary resonance circuit (comprising the primary winding structure 5) and the secondary resonance circuit. If the primary and the secondary resonant circuit are not coupled, e.g. if the receiver, which includes the secondary winding structure, is not near the
  • Primary winding structure 5 is located or rests on a primary-side support surface, so primary and secondary resonant circuit have their own predetermined
  • both resonant resonant circuits couple inductively, whereby the respective resonant frequencies align and the resonant resonant circuits form a common vibration system.
  • This change in the voltage at the primary winding structure 5 can be detected, and the data stream can then be decoded depending on the changes detected in this way.
  • control device 7 can thus decode this information, which is encoded in the voltage U5 of the primary winding structure 5 processed by the signal processing device 10. In this way, it is possible for a receiving device (not shown) to transmit a desired target power to the control device 7.
  • FIG. 2 shows a circuit 1 according to the invention in a further embodiment.
  • the circuit 1 shown in FIG. 2 is essentially designed like the circuit 1 shown in FIG. 1, so that reference can be made to the corresponding explanations for FIG. 1.
  • the first control device 7 does not generate a basic clock signal TS1, but rather a target signal SS which encodes target properties of a basic clock signal TS1 and a modulation signal TS2. Desired properties can be, for example, a frequency of the basic clock signal TS1 Frequency of the modulation signal TS2 and a desired duty cycle of the
  • the modulation device 8 Depending on the desired signal SS, the modulation device 8 then generates the signal shown in FIG.
  • the modulation device 8 is designed in particular as an integrated circuit, preferably as an FPGA.
  • the modulation device 8 can be connected to an oscillation device 16 and, depending on an output signal of this oscillation device 16, generate the basic clock signal TS1 and the modulation signal TS2 and change the basic clock signal TS1 by the modulation signal TS2 to generate the resulting clock signals RTSa, RTSb, as explained above.
  • a duty cycle of the modulation signal TS2 can be changed, in particular continuously, within a period of the basic clock signal TS1.
  • the change in the duty cycle of the modulation signal TS2 can be sinusoidal.
  • other time profiles of the duty cycle can also be implemented in a period of the basic clock signal TS1, for example a triangular profile.
  • Such a change in the duty cycle of the modulation signal TS2 has the technical advantage that an electromagnetic compatibility of the circuit 1 is improved. Further advantageously, better efficiency of inductive energy transmission is achieved. This is particularly the case since, due to the changes in the duty cycle explained, the alternating voltage generated by the inverter 2 has less interference and thus demands on filtering the
  • Output signal of the inverter 2 can be reduced.
  • 3 shows a schematic block diagram of a filter circuit 3 according to the invention and a compensation circuit 4.
  • the filter circuit 3 comprises two
  • Subassemblies namely a first filter subassembly 3a and a second
  • a first connection 15a on the inverter side and a further connection 15b on the inverter side of the filter circuit 3 are shown. Also shown is a first connection 14a on the winding structure side and a further connection 15b of the filter circuit 3 on the winding structure side
  • the filter circuit 3 has a grounding section EA which is connected to a
  • Reference potential RP is electrically connected.
  • the reference potential RP can in particular be a ground potential.
  • the filter circuit 3 is symmetrical relative to the grounding section EA.
  • an electrical connection between the first inverter-side connection 15a and the grounding section EA, that is to say the first filter part arrangement 3a is formed in the same way as the electrical connection between the second inverter-side connection 15b and the grounding section EA, that is to say like the second filter part arrangement 3b.
  • Filter subassemblies 3a, 3b each include e.g. Inductive element La, Lb designed as a coil. Furthermore, the filter subassemblies 3a, 3b each comprise a parallel connection of e.g. first capacitive element C1 a, C1 b and a second, e.g. Capacitive elements C2a, C2b also formed as a capacitor.
  • Filter sub-arrangement 3a, 3b switched.
  • the series connection of the first inductive element La and the parallel connection of the capacitive elements C1 a, C2a of the first filter sub-arrangement 3a is thus arranged between the first inverter-side connection 15a.
  • the series connection of the second inductive element Lb and the parallel connection of the capacitive elements C1b, C2b of the second filter sub-arrangement 3b is arranged.
  • An inductance of the inductive elements La, Lb of the filter subassemblies 3a, 3b can be the same.
  • Capacities of the first capacitive elements C1 a, C1 b of the two filter subassemblies 3a, 3b can also be the same. Accordingly, the capacitances of the second capacitive elements C2a, C2b of the two filter subassemblies 3a, 3b can be the same.
  • the compensation circuit 4 comprises two connected in parallel
  • a basic clock signal TS1 is generated with a first frequency.
  • the modulation signal TS2 is generated as a function of the basic clock signal TS1, in particular in such a way that it is synchronized to the basic clock signal TS1.
  • a phase position of the basic clock signal TS1 can be determined, a phase position of the modulation signal TS2 then being set such that the two signals TS1, TS2 have a predetermined phase difference.
  • the phase position of the modulation signal TS2 can be set such that the start of a period of the basic clock signal TS1 corresponds to the start of a period of the
  • Modulation signal TS2 corresponds.
  • the first clock frequency can be set by the first control device 7.
  • a signal processing device 10 see FIG. 1
  • a signal processing device 10 see FIG. 1
  • a duty cycle of the modulation signal TS2 can be set.
  • the basic clock signal TS1 can then be changed, in particular modulated, by the modulation signal TS2.
  • pulse width modulation can take place.
  • a resulting clock signal RTS for operating the inverter 2 can be generated in the third step S3.
  • the first and the second step S1, S2 can be carried out simultaneously, at least temporarily, in particular after the synchronization. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebeiner Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung, wobei ein Wechselrichter (2) zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit einer ersten Taktfrequenz betrieben wird, wobei dem Betrieb mit der ersten Taktfrequenz ein Betrieb mit einer weiteren Taktfrequenz überlagert wird, sowie eine Schaltung.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds und Schaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung sowie eine entsprechende Schaltung.
Es ist bekannt, Energie induktiv zu übertragen, insbesondere auch an portable Endgeräte wie z.B. Mobiltelefone oder sogenannte Tablet-PCs. Durch eine solche induktive
Energieübertragung muss das entsprechende Endgerät nicht mehr über Kabel mit einer Energiequelle verbunden werden.
Die Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung erfolgt in der Regel mittels mindestens einer Windungsstruktur (Primärwindungsstruktur), die mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird und dann das elektromagnetische Feld erzeugt. Das derart erzeugte elektromagnetische Feld wird mittels einer weiteren Windungsstruktur (Sekundärwindungsstruktur), die z.B. Teil des Endgeräts sein kann, empfangen und induziert eine Spannung, die dann z.B. zum Betrieb des Endgeräts oder zum Laden einer Batterie/eines Akkumulators verwendet werden kann.
Es ist wünschenswert, die mittels der induktiven Energieübertragung übertragene Leistung einzustellen, beispielsweise um die Übertragung an Betriebsbedingungen des Endgeräts anzupassen, beispielsweise eine maximale Ladespannung eines Endgeräts.
Zum Einstellen der Leistung sind im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt. Einerseits kann ein Einstellen erfolgen, indem die elektrische Spannung zum Beaufschlagen der Primärwindungsstruktur mit einer einstellbaren und somit variablen Frequenz
bereitgestellt wird. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, eine Eingangs-Gleichspannung eines Wechselrichters zur Erzeugung dieser Wechselspannung einzustellen. Dies erfolgt in der Regel mit geeigneten Gleichspannungswandlern, beispielsweise Tiefsetzstellern oder Tief-Hochsetzstellern.
Es stellt sich das technische Problem, eine Schaltung zur Erzeugung eines
elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung zu vereinfachen, insbesondere Bauraumanforderungen und entsprechende Kosten zu reduzieren, wobei gleichzeitig eine zuverlässige und genaue Einstellung der übertragenen Leistung ermöglicht wird.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den
Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung. Die induktive
Energieübertragung ist insbesondere eine Energieübertragung an ein mobiles Endgerät, z.B. ein Mobiltelefon oder ein Tablet-PC, welches auch als Receiver bezeichnet werden kann.
Die Schaltung kann in einem Fahrzeug verbaut sein. Insbesondere kann die Schaltung hierbei Signal- und/oder datentechnisch mit einem Fahrzeugkommunikationssystem und/oder mit einem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden sein. Dies ist aber nicht zwingend. Selbstverständlich kann die Schaltung auch in anderen Anwendungsbereichen, die die Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung erfordern, eingesetzt werden.
Die Schaltung zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds umfasst mindestens einen Wechselrichter. Weiter kann die Schaltung, wie nachfolgend noch näher erläutert, mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters, mindestens eine Filtereinrichtung zur Filterung eines Ausgangsspannung des
Wechselrichters sowie mindestens eine Windungsstruktur zur Erzeugung des
elektromagnetischen Felds bei Beaufschlagung mit der Ausgangsspannung umfassen oder aufweisen. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters ist hierbei eine
Wechselspannung. Eine Eingangsspannung des Wechselrichters ist eine
Gleichspannung.
Der Wechselrichter bezeichnet ein Bauelement oder eine Gesamtheit von Bauelementen, mit der aus einer Eingangs-Gleichspannung eine Wechselspannung mit gewünschten Eigenschaften, insbesondere einer gewünschten (Grund)-Frequenz und/oder einer gewünschten Amplitude erzeugt werden kann. Der Wechselrichter kann hierbei als Brückenschaltung, insbesondere als sogenannte Halbbrücke oder sogenannte Vollbrücke, ausgebildet sein. Insbesondere kann der Wechselrichter Schaltelemente umfassen, die beispielsweise als sogenannte MOSFET oder IGBT ausgebildete Schaltelemente. Diese Schaltelemente können durch ein Taktsignal (Gate-Signal) in einen Leitend-Zustand oder in einen Sperren-Zustand versetzt werden. Das Taktsignal kann hierbei von mindestens einer Steuereinrichtung bereitgestellt oder erzeugt werden. Das derart bereitgestellte Taktsignal kann dann über einen sogenannten Gate-Treiber an einen Gate-Anschluss des Schaltelements übertragen werden. Der Gate-Treiber kann hierbei das Taktsignal verstärken. Der Gate-Treiber kann ebenfalls Teil der Schaltung sein.
Weiter kann ein Schaltelement während einer Periodendauer des entsprechenden Taktsignals zuerst in einen Leitend-Zustand und danach in einen Sperren-Zustand oder umgekehrt versetzt werden. Insbesondere kann ein Schaltelement in den Leitend-Zustand versetzt werden, wenn ein Pegel des Grundtaktsignals einen vorbestimmten ersten Pegelwert aufweist. Dieser erste Pegelwert kann auch als High-Pegel bezeichnet werden. Entsprechend kann das Schaltelement in einen Sperren-Zustand versetzt werden, wenn ein Pegel des Grundtaktsignals einen zweiten vorbestimmten Wert aufweist. Dieser zweite Pegelwert kann auch als Low-Pegel bezeichnet werden. Hierbei kann der High- Pegel höher als der Low-Pegel sein. Ein Tastgrad des Taktsignals kann hierbei insbesondere ein Verhältnis der Zeitdauer in einer Periode, in der das Taktsignal den High-Pegel aufweist, zur Periodengesamtdauer bezeichnen.
Das Taktsignal kann hierbei eine sogenannte Taktfrequenz aufweisen. In Abhängigkeit der Taktfrequenz kann eine gewünschte Frequenz der Ausgangsspannung des
Wechselrichters eingestellt werden. Insbesondere kann die Taktfrequenz gleich der gewünschten Frequenz sein.
In dem Verfahren wird der Wechselrichter zur Bereitstellung der Wechselspannung mit einer ersten Taktfrequenz betrieben. Dies kann insbesondere bedeuten, dass mindestens ein, vorzugsweise jedoch alle, Schaltelement(e) des Wechselrichters mit dieser ersten Taktfrequenz geschaltet werden. Die erste Taktfrequenz kann hierbei auch als
Grundfrequenz bezeichnet werden. Die erste Taktfrequenz kann beispielsweise 11 1 kHz betragen.
Der Betrieb mit der ersten Taktfrequenz kann insbesondere erfolgen, indem ein
Grundtaktsignal mit der ersten Taktfrequenz erzeugt wird, wobei das Grundtaktsignal oder ein in Abhängigkeit des Grundtaktsignals erzeugtes Taktsignal dann zur Steuerung der Schaltvorgänge der Schaltelemente des Wechselrichters verwendet wird.
Das Grundtaktsignal kann z.B. ein Rechtecksignal sein. Ein Tastgrad des
Grundtaktsignals kann einem vorbestimmten Wert entsprechen, vorzugsweise 0,5.
Erfindungsgemäß wird dem Betrieb des Wechselrichters, insbesondere der
Schaltelemente des Wechselrichters, mit der ersten Taktfrequenz ein Betrieb mit einer weiteren Taktfrequenz überlagert. Dies kann insbesondere bedeuten, dass mindestens ein, vorzugsweise alle, Schaltelement(e) des Wechselrichters während des Betriebs mit der ersten Taktfrequenz zumindest zeitweise mit einer weiteren Taktfrequenz betrieben werden. Somit kann also dauerhaft oder zumindest zeitweise ein Betrieb des
Wechselrichters mit zwei voneinander verschiedenen Frequenzen erfolgen.
Der Betrieb mit der weiteren Taktfrequenz kann insbesondere erfolgen, indem ein Modulationssignal mit der weiteren Taktfrequenz erzeugt wird und das Taktsignal zur Steuerung der Schaltvorgänge der Schaltelemente des Wechselrichters dann in
Abhängigkeit des Grundtaktsignals als auch in Abhängigkeit des Modulationssignals erzeugt wird. Das Modulationssignal kann z.B. ein Rechtecksignal sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Modulationssignal eine von der Rechteckform verschiedene Form aufweist.
Sowohl das Grundtaktsignal als auch das Modulationssignal können somit Signale zur Erzeugung des (resultierenden) Taktsignals zur Steuerung der Schaltelemente des Wechselrichters bilden.
Es ist z.B. möglich, dass das Grundtaktsignal durch das Modulationssignal verändert, also moduliert, wird. So kann beispielsweise das Grundtaktsignal ein Trägersignal und das Modulationssignal ein Signal zu dessen Modulation bilden. Die Modulation kann z.B. durch eine einfache Überlagerung, z.B. in Form einer Signaladdition erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt die Modulation durch eine UND-Verknüpfung beider Signale.
Es sind jedoch auch andere Alternativen zur Erzeugung des Taktsignals möglich. So kann beispielsweise in einem ersten Zeitintervall das Grundtaktsignal das Taktsignal bilden und in einem weiteren Zeitintervall das Modulationssignal. Durch die Einstellung mindestens einer Eigenschaft des weiteren Modulationssignals, insbesondere eines Tastgrads des Modulationssignals, kann dann die übertragene Leistung eingestellt werden. Insbesondere kann also die Veränderung der mindestens einen Eigenschaft zur Veränderung der übertragenen Leistung führen, insbesondere bei ansonsten konstanten Randbedingungen.
Insbesondere kann das Grundtaktsignal zur Einstellung der Grundfrequenz der
Ausgangsspannung des Wechselrichters und somit zur Einstellung der Frequenz des elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung dienen, wobei das Modulationssignal zur Einstellung der zu übertragenden Leistung dient.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise eine schaltungstechnisch einfach realisierbare zuverlässige Einstellung der durch induktive Energieübertragung übertragenen Leistung.
Insbesondere ist es nicht notwendig, eine Amplitude der Eingangsspannung des
Wechselrichters zu verändern, insbesondere mit einem entsprechenden
Gleichspannungswandler. Hierdurch können Bauraum der Schaltung sowie
Herstellungskosten reduziert werden. Weiter ist es nicht notwendig, die erste
Taktfrequenz des Wechselrichters, die zur Einstellung der Frequenz der
Ausgangsspannung des Wechselrichters dient, zu verändern, wodurch eine einfache Steuerung des Wechselrichters ermöglicht wird.
In einer weiter detaillierten Ausführungsform ist die weitere Taktfrequenz höher als die erste Taktfrequenz. Mit anderen Worten ist die Frequenz des Modulationssignals höher als die Frequenz des Grundtaktsignals. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise eine einfach realisierbare Veränderung des Grundtaktsignals zur Einstellung einer gewünschten zu übertragenden Leistung.
Vorzugsweise ist die Taktfrequenz des Modulationssignals 5mal bis 15mal höher als die Taktfrequenz des Grundtaktsignals, vorzugsweise 10mal höher.
In einer weiteren detaillierten Ausführungsform wird ein Taktsignal in Abhängigkeit eines Grundtaktsignal mit der ersten Taktfrequenz und eines Modulationssignals mit der weiteren Taktfrequenz erzeugt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
Insbesondere kann in Abhängigkeit des Grundtaktsignals und des Modulationssignals ein schaltelementspezifisches Taktsignal für jedes Schaltelement des Wechselrichters erzeugt werden. Somit können also verschiedene Taktsignale erzeugt werden.
In einer weiter detaillierten Ausführungsform wird ein Schaltelement des Wechselrichters während einer Zeitdauer, in der das Grundtaktsignal während einer Periode des
Grundtaktsignals einen ersten Pegel aufweist, mit der weiteren Taktfrequenz geschaltet. Der erste Pegel kann vorzugsweise der High-Pegel sein. Alternativ kann der erste Pegel aber auch der Low-Pegel sein.
Es ist möglich, dass das Schaltelement auch während einer Zeitdauer, in der das Grundtaktsignal während einer Periode des Grundtaktsignals einen zweiten Pegel, also z.B. den Low- oder den High-Pegel, aufweist, mit der weiteren Taktfrequenz geschaltet wird. Dies ist aber nicht zwingend. Insbesondere ist es auch möglich, dass das
Schaltelement des Wechselrichters während der Zeitdauer, in der das Grundtaktsignal den zweiten Pegel aufweist, nicht mit der weiteren Taktfrequenz geschaltet wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach realisierbare Veränderung des resultierenden Taktsignals zum Betrieb des Wechselrichters, welches zur Einstellung der zu übertragenden Leistung dient.
In einer weiteren Ausführungsform wird das erste Schaltelement durch den ersten Pegel in einen Leitend-Zustand versetzt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter weise eine einfache Modulierbarkeit des Grundtaktsignals zur Einstellung der zu übertragenden Leistung.
Es ist möglich, dass das erste und das Modulationssignal eine gleiche Amplitude aufweisen. Allerdings ist es auch möglich, dass die Amplituden des Grundtaktsignals und des Modulationssignals voneinander verschieden sind. Auch hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach realisierbare Einstellung der zu übertragenden Leistung. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Tastgrad des Modulationssignals verändert. Der Tastgrad kann insbesondere zur Einstellung der zu übertragenden Leistung verändert werden. Mit anderen Worten kann der Tastgrad in Abhängigkeit einer zu übertragenden Leistung eingestellt werden kann. Der Tastgrad kann hierbei zwischen 0 (einschließlich, ausschließlich) und 1 (einschließlich, ausschließlich) eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach realisierbare Einstellung der zu übertragenden Leistung.
Es ist möglich, dass der Tastgrad während mindestens einer Periode des
Grundtaktsignals konstant ist. Alternativ kann sich der Tastgrad aber auch während einer Periode des Grundtaktsignals ändern.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Tastgrad des Modulationssignals in
Abhängigkeit der gewünschten Leistung eingestellt. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Ausgangsspannung des Wechselrichters gefiltert, wobei mindestens eine Windungsstruktur zur Erzeugung des
elektromagnetischen Felds mit der gefilterten Ausgangsspannung beaufschlagt wird. Hierdurch können in vorteilhafter weise unerwünschte Störanteile der durch den
Wechselrichter erzeugten Augangsspannung reduziert oder vollständig eliminiert werden.
Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann zur Filterung eine Filterschaltung dienen. Diese Filterschaltung kann mindestens einen Erdungsabschnitt aufweisen, der mit einem Referenzpotential verbunden ist. Bevorzugt ist die Filterschaltung symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt ausgebildet.
Weiter vorgeschlagen wird eine Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung. Die Schaltung dient hierbei zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung gemäß einer in dieser Offenbarung
beschriebenen Ausführungsform. Somit ist die Schaltung insbesondere derart
ausgebildet, dass ein solches Verfahren mit der Schaltung ausgeführt werden kann. Die Schaltung umfasst, wie vorhergehend erläutert, einen Wechselrichter und mindestens eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann als Mikrocontroller ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.
Erfindungsgemäß ist mittels der mindestens einen Steuereinrichtung der Wechselrichter zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit einer ersten Taktfrequenz betreibbar, wobei dem Betrieb mit der ersten Taktfrequenz ein Betrieb mit einer weiteren
Taktfrequenz überlagerbar ist.
Insbesondere kann mittels der mindestens einen Steuereinrichtung oder einer weiteren Steuereinrichtung mindestens ein Taktsignal zum Betrieb von mindestens einem
Schaltelement des Wechselrichters in Abhängigkeit eines Grundtaktsignal mit der ersten Taktfrequenz und eines Modulationssignals mit der weiteren Taktfrequenz erzeugbar sein.
Hierbei kann das Grundtaktsignal von einer Grundtaktsignal-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden. Die Grundtaktsignal-Erzeugungseinrichtung kann die Steuereinrichtung sein. Weiter kann das Modulationssignal von einer Modulationssignal- Erzeugungseinrichtung erzeugt werden. Die Modulationssignal-Erzeugungseinrichtung kann von der Grundtaktsignal-Erzeugungseinrichtung verschieden sein.
Weiter kann mindestens ein Taktsignal zum Betrieb von mindestens einem Schaltelement des Wechselrichters in Abhängigkeit des Grundtaktsignals und des Modulationssignals erzeugbar sein. Die Schaltung kann hierfür eine Einrichtung zur Bereitstellung des Taktsignals aufweisen, z.B. eine Modulationseinrichtung. Die Einrichtung zur
Bereitstellung des Taktsignals kann die Steuereinrichtung sein. Alternativ kann die Einrichtung zur Bereitstellung des Taktsignals aber auch eine logische Schaltung, insbesondere eine analoge logische Schaltung, sein, insbesondere ein CPLD. Weiter alternativ kann die Einrichtung zur Bereitstellung des Taktsignals aber auch eine integrierte Schaltung sein, insbesondere ein FPGA.
Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.
Es ist weiter möglich, dass das Taktsignal an einen Gate-Treiber übertragen wird, wobei der Gate-Treiber das Taktsignal verstärkt und an mindestens ein Schaltelement des Wechselrichters überträgt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung, die eine zuverlässige und genaue Einstellung einer zu übertragenden Leistung ermöglicht, wobei jedoch die Anzahl an benötigten Bauelementen und somit auch Bauraumanforderungen und Kosten reduziert sind.
Die Schaltung kann weiter eine Filterschaltung zur Filterung des Wechselspannungs- Ausgangssignals umfassen. Weiter kann die Schaltung eine Primärwindungsstruktur zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung umfassen. Diese Primärwindungsstruktur kann elektrisch mit Wechselspannungs- Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters verbunden sein, insbesondere über die erläuterte Filterschaltung.
Weiter kann die Schaltung mindestens einen Gate-Treiber, wobei der Gate-Treiber in Abhängigkeit des Taktsignals ein Schaltsignal für ein Schaltelement erzeugt.
Insbesondere kann der Gate-Treiber das Taktsignal verstärken.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltung eine Filterschaltung, wobei die Filterschaltung mindestens einen Erdungsabschnitt aufweist, der mit einem
Referenzpotential verbunden ist.
Das Referenzpotential ist vorzugsweise ein Massepotential (Groundpotential). Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst störungsfreie Überlagerung einer weiteren Taktfrequenz. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Summe der Störströme, verursacht durch die Rechteck-Schaltspannung der Brücken mit ihren Oberwellen, zum Referenzpotential abgeleitet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filterschaltung symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt ausgebildet. Dies kann bedeuten, dass eine erste Teilanordnung von elektrischen Bauelementen der Filterschaltung zwischen einem ersten
Wechselspannungs-Ausgangsanschluss des Wechselrichters und dem Erdungsabschnitt einer zweiten Teilanordnung von weiteren elektrischen Bauelementen der Filterschaltung zwischen einem zweiten Wechselspannungs-Ausgangsanschluss des Wechselrichters und dem Erdungsabschnitt entspricht. Mit anderen Worten sind die beiden erläuterten Teilanordnungen gleichartig ausgebildet, insbesondere hinsichtlich einer Dimensionierung der elektrischen Bauelemente und deren elektrischer Anordnung/Verschaltung. Ist also der erste Wechselspannungs- Ausgangsanschluss des Wechselrichters über die erste Teilanordnung von elektrischen Bauelementen der Filterschaltung mit dem Erdungsabschnitt verbunden, so kann der zweite Wechselspannungs-Ausgangsanschluss des Wechselrichters mit dem
Erdungsabschnitt über die zweite Teilanordnung elektrisch verbunden sein, wobei die zweite Anordnung gleich der ersten Anordnung ausgebildet ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Bauelemente der
Filterschaltung bezüglich maximal zulässiger im Betrieb auftretender Spannungen/Ströme geringer dimensioniert werden können, wodurch wiederum Bauraum und Kosten bei der Herstellung der vorgeschlagenen Schaltung reduziert werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine elektrische Verbindung zwischen einer Gleichspannungsbereitstellungseinheit zur Bereitstellung der Eingangsspannung des Wechselrichters und einem Gleichspannungsanschluss des Wechselrichters frei von einem Gleichspannungswandler. Mit anderen Worten kann die Eingangsspannung des Wechselrichters nicht über einen Gleichspannungswandler eingestellt/verändert werden.
Es ist jedoch selbstverständlich möglich, dass die Eingangsspannung des
Wechselrichters schwankt. Derartige Schwankungen sind zulässig und können insbesondere ausgeregelt werden. Es ist auch möglich, dass Spannungsschwankungen gezielt zur Leistungsbeeinflussung genutzt werden, z.B. durch eine gezielte Einstellung der Eingangsspannung.
Die Schaltung kann auch eine Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung umfassen, z.B. eine entsprechende Energiespeichereinrichtung oder eine Anschlussschnittstelle zur Verbindung mit einem externen Gleichspannungsnetz.
Mit weiter anderen Worten umfasst die Schaltung keinen Gleichspannungswandler zur Einstellung/Veränderung der Eingangsspannung des Wechselrichters. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die einzelnen Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltung,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltung in einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Filterschaltung und
Fig. 4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung 1 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung an ein nicht dargestelltes Endgerät, insbesondere portables Endgerät, dargestellt. Die Schaltung 1 umfasst einen Wechselrichter 2, wobei der Wechselrichter 2 eine als Halbbrücke ausgebildete erste Teilschaltung 2a und eine ebenfalls als Halbbrücke ausgebildete weitere Teilschaltung 2b umfasst. Weiter umfasst die Schaltung 1 eine Filterschaltung 3, die ebenfalls eine Filterteilschaltung 3a und eine weitere Filterteilschaltung 3b umfasst.
Die erfindungsgemäße Schaltung 1 kann weiter eine Kompensationsschaltung 4 umfassen. Durch die Kompensationsschaltung kann eine Resonanzfrequenz einer Schaltungsanordnung, die die Filterschaltung, die Kompensationsschaltung sowie eine Primärwindungsstruktur 5 umfasst, auf eine gewünschte Resonanzfrequenz eingestellt werden. Weiter kann die Schaltung 1 auch die mindestens eine Primärwindungsstruktur 5 umfassen. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, dass die Schaltung 1 mehr als eine, also mehrere, Primärwindungsstrukturen 5 umfasst.
Weiter dargestellt ist eine Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung 6. Auch diese kann Teil der Schaltung 1 sein. Mittels der Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung 6, die beispielsweise ebenfalls als Schaltkreis ausgebildet sein kann, wird eine Eingangs(gleich)spannung für den Wechselrichter 2 bereitgestellt. Die Eingangsspannung kann beispielsweise eine Amplitude von 14 V aufweisen.
Weiter dargestellt ist, dass sowohl die Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung 6 als auch die erste Steuereinrichtung 7 über eine Schnittstelle 12 an ein
Fahrzeugkommunikationssystem und/oder an ein Bordnetz des Fahrzeugs
angeschlossen sein kann.
Der Wechselrichter 2 wandelt diese Gleichspannung dann in eine
Ausgangs(wechsel)spannung um. Diese Ausgangsspannung wird dann über die
Filterschaltung 3 und die Kompensationsschaltung 4 an die Primärwindungsstruktur 5 übertragen. Somit wird die Primärwindungsstruktur 5 mit einer gefilterten
Wechselspannung beaufschlagt und erzeugt bei Beaufschlagung ein elektromagnetisches Feld zur induktiven Energieübertragung.
Weiter umfasst die Schaltung 1 eine z.B. als Mikrocontroller ausgebildete
Steuereinrichtung 7.
Die Steuereinrichtung 7 erzeugt ein Grundtaktsignal TS1. Dieses Grundtaktsignal wird mit einer ersten Frequenz, die auch als Grundfrequenz bezeichnet werden kann, erzeugt. Die Grundfrequenz kann beispielsweise 11 1 kHz betragen.
Das Grundtaktsignal TS1 wird an eine Modulationseinrichtung 8 übertragen. Die
Modulationseinrichtung 8 kann insbesondere als logische Schaltung, insbesondere als Analogschaltung, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Modulationseinrichtung 8 als CPLD (Complex Programmable Logic Devices) ausgebildet.
Eine Signalerzeugungseinrichtung 1 1 , die ebenfalls Teil der Schaltung 1 sein kann, erzeugt ein Modulationssignal TS2. Dieses Modulationssignal TS2 wird phasensynchron zum Grundtaktsignal TS1 erzeugt. Weiter wird das Modulationssignal TS2 mit einer weiteren Frequenz, die auch als Modulationsfrequenz bezeichnet werden kann, erzeugt. Weiter kann das Modulationssignal TS2 mit einem vorbestimmten Tastgrad,
beispielsweise 0,5, erzeugt werden. Die Modulationsfrequenz kann hierbei ein Vielfaches, insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches, der Grundfrequenz sein. Somit kann die Taktfrequenz des Grundtaktsignals TS1 kleiner als die Taktfrequenz des Modulationssignals TS2 sein. Insbesondere kann die Taktfrequenz des
Modulationssignals in einem Bereich von 0 (ausschließlich) bis 100 (einschließlich), vorzugsweise 10mal, größer als die Taktfrequenz des Grundtaktsignals TS1 sein.
Die Modulationseinrichtung 8 kann das Modulationssignal TS2 an eine
Signalverarbeitungseinrichtung 10 übertragen. Mittels der Signalverarbeitungseinrichtung 10 kann der Tastgrad des Modulationssignals TS2 verändert werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 7 einen Soll-Tastgrad vorgeben, beispielsweise in Form einer Steuer(gleich)spannung, wobei mittels der Signalverarbeitungseinrichtung 10 der
Tastgrad des Modulationssignals TS2 auf diesen Soll-Tastgrad eingestellt wird. Der Tastgrad des Modulationssignals kann hierbei zwischen 0 (einschließlich) bis 1
(einschließlich) variiert werden. Insbesondere kann der Tastgrad in Abhängigkeit einer gewünschten zu übertragenden Leistung eingestellt werden. Der Tastgrad kann beispielsweise durch einen Pegel der Steuerspannung kodiert sein.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 10 kann hierbei ebenfalls eine logische Schaltung, insbesondere eine analoge, logische Schaltung, sein. Diese dient insbesondere zur Signalkonditionierung oder -formung.
Das Modulationssignal TS2 mit dem von der Signalverarbeitungseinrichtung 10 eingestelltem Tastgrad kann dann wieder an die Modulationseinrichtung 8 übertragen werden.
Diese kann resultierende Taktsignale RTSa, RTSb zur Steuerung der Schaltelemente (nicht dargestellt) der Halbbrücken 2a, 2b erzeugen, indem das Grundtaktsignal TS1 in Abhängigkeit oder durch das Modulationssignal TS2 mit eingestelltem Tastgrad verändert, also moduliert wird. Die Modulation kann insbesondere eine Pulsweitenmodulation sein. Insbesondere kann eine logische UND-Verknüpfung zwischen dem Grundtaktsignal TS1 und dem Modulationssignal TS2 mit eingestelltem Tastgrad erfolgen.
Das Grundtaktsignal TS1 kann hierbei ein Rechtecksignal sein. Das Modulationssignal TS2 kann ebenfalls ein Rechtecksignal sein. Die Veränderung kann insbesondere aber nur dann erfolgen, wenn das Grundtaktsignal TS1 während einer Periode einen ersten Pegel, insbesondere einen High-Pegel, aufweist. Weist das Grundtaktsignal TS1 während einer Periode einen zweiten Pegel, insbesondere einen Low-Pegel, auf, so kann keine Veränderung durch das Modulationssignal TS2 erfolgen. In diesem Fall kann das Taktsignal dem Grundtaktsignal TS1 entsprechen.
Somit kann das erste Taktsignal TS1 insbesondere derart verändert werden, dass ein Schaltelement des Wechselrichters 2 während einer Zeitdauer, in der das erste Taktsignal TS1 einen ersten Pegel aufweist, mit der weiteren Taktfrequenz zwischen einem Leitend- Zustand und einem Sperren-Zustand hin- und hergeschaltet wird.
Die derart erzeugten resultierenden Taktsignale RTSa, RTSb werden dann an Gate- Treiber 9a, 9b übertragen, die die entsprechenden resultierenden Taktsignale RTSa,
RTSb verstärken und als Schaltsignale an Schaltelemente der Halbbrücken 2a
übertragen. Die resultierenden Taktsignale RTSa, RTSb können hierbei voneinander verschieden sein.
In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Veränderung des Tastgrads des Modulationssignals durch die Signalverarbeitungseinrichtung 10 erfolgt. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass diese Veränderung durch entsprechend funktionelle Elemente der
Modulationseinrichtung 8 erfolgt. Hierbei ist es möglich, dass der Tastgrad des
Modulationssignals innerhalb einer Periodendauer des Grundtaktsignals TS1 , konstant ist.
Weiter dargestellt ist, dass Kenngrößen der Schaltung 1 , z.B. eine Spannung U5 der Primärwindungsstruktur 5, eine Temperatur T der Primärwindungsstruktur 5, eine
Brückenspannung U2 und ein Brückenstrom I2, die beispielsweise mittels geeigneter Erfassungseinrichtungen oder Sensoren erfasst werden können, über die
Signalverarbeitungseinrichtung 10 an die Steuereinrichtung 7 übertragen werden können. Hierbei dient die Signalverarbeitungseinrichtung 10 zur Signalaufbereitung der
entsprechenden Kenngrößen, insbesondere um eine einfache Analog-Digital-Wandlung durch die Steuereinrichtung 7 zu ermöglichen.
Eine weitere Kenngröße kann beispielsweise eine Eingangsgleichspannung des
Wechselrichters 2 sein, der von der Spannungsbereitstellungseinrichtung 6 bereitgestellt wird. Diese kann aufgrund der Veränderung von äußeren Rahmenbedingungen variieren, beispielsweise beim Starten eines Motors abfallen, wenn die Schaltung in einem
Fahrzeug verbaut ist und an ein Fahrzeug-Bordnetz angeschlossen ist.
In Abhängigkeit mindestens einer Kenngröße kann insbesondere ein aktueller
Arbeitspunkt der Schaltung, insbesondere eine aktuell übertragene Leistung, durch die Steuereinrichtung 7 bestimmt werden. In Abhängigkeit des derart bestimmten
Arbeitspunkts kann dann durch die Steuereinrichtung 7 die zu übertragende Leistung verändert werden, insbesondere durch Veränderung des Soll-Tastgrads STG, z.B. indem die vorhergehend erläuterte Steuerspannung entsprechend verändert wird. Entsteht z.B. eine Abweichung von einer gewünschten zu übertragenden Leistung kann dann ein Tastgrad des weiteren Steuersignals bzw. des weiteren Taktsignals eingestellt werden, sodass wieder die gewünschte zu übertragene Leistung von der Schaltung 1 übertragen wird.
Es ist weiter möglich, dass eine Empfangseinrichtung mit einer
Sekundärwindungsstruktur, die das von der Primärwindungsstruktur 5 erzeugte elektromagnetische Feld empfängt, durch eine entsprechende Änderung von
Eigenschaften, z.B. eine Veränderung des Kopplungskoeffizienten, eine Veränderung von Eigenschaften der Spannung U5 der Primärwindungsstruktur 5 erzeugt.
So können beispielsweise elektrische Eigenschaften der Sekundärwindungsstruktur entsprechend einer bestimmten Abfolge, insbesondere einer gewünschten Bitfolge, geändert werden, z.B. entsprechend einer Bitfolge eines gewünschten Datenstroms (Abfolge von High Level- und Low-Level-Bits).
Dies kann einerseits durch eine Veränderung oder Umschaltung einer ohmschen Last erfolgen, die an Ausgangsanschlüssen der Sekundärwindungsstruktur angeschlossen ist. Alternativ oder kumulativ kann dies durch Veränderung oder Umschaltung der Kapazität eines kapazitiven Elements des Sekundärresonanzschwingkreises erfolgen, der die Sekundärwindungsstruktur und das kapazitive Element umfasst.
Im letzteren Fall erfolgt durch Veränderung oder Umschaltung der Kapazität eine
Verstimmung des Systemresonanzkreises, der aus Primärresonanzkreis (umfassend die Primärwindungsstruktur 5) und Sekundärresonanzkreis gebildet wird. Sind der Primär- und der Sekundärresonanzschwingkreis nicht gekoppelt, z.B. wenn der Receiver, der die Sekundärwindungsstruktur umfasst, sich nicht in der Nähe der
Primärwindungsstruktur 5 befindet oder auf einer primärseitigen Auflagefläche aufliegt, so haben Primär- und Sekundärschwingkreis ihre eigenen vorbestimmten
Resonanzfrequenzen. Nähert sich der Receiver der Primärwindungsstruktur an, z.B. beim Auflegen des Receivers, so koppeln beide Resonanzschwingkreise induktiv, wodurch sich die jeweiligen Resonanzfrequenzen angleichen und die Resonanzschwingkreise ein gemeinsames Schwingungssystem bilden.
Werden dann elektrische Eigenschaften des Sekundärschwingkreises verändert, so hat dies immer auch Rückwirkungen auf Eigenschaften des Primärschwingkreises, wobei sich insbesondere eine Amplitude der Spannung an der Primärwindungsstruktur 5 in
Abhängigkeit der Veränderung der elektrischen Eigenschaften des
Sekundärschwingkreises verändert.
Diese Veränderung in der Spannung an der Primärwindungsstruktur 5 kann erfasst werden, wobei in Abhängigkeit der derart erfassten Veränderungen dann der Datenstrom dekodiert werden kann.
Über derartige Änderungen können somit Informationen von der Empfangseinrichtung an die Steuereinrichtung 7 übertragen werden. So kann die Steuereinrichtung 7 diese Informationen, die in dem von der Signalverarbeitungseinrichtung 10 verarbeiteten Spannung U5 der Primärwindungsstruktur 5 kodiert sind, dekodieren. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) eine gewünschte Soll- Leistung an die Steuereinrichtung 7 übermittelt.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung 1 in einer weiteren Ausführungsform. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung 1 ist im Wesentlichen wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltung 1 ausgebildet, wodurch auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen werden kann. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung 1 erzeugt die erste Steuereinrichtung 7 kein Grundtaktsignal TS1 , sondern ein Soll-Signal SS, welches Soll- Eigenschaften eines Grundtaktsignals TS1 und eines Modulationssignals TS2 kodiert. Soll-Eigenschaften können beispielsweise eine Frequenz des Grundtaktsignals TS1 , eine Frequenz des Modulationssignals TS2 sowie ein gewünschter Tastgrad des
Modulationssignals sein.
Die Modulationseinrichtung 8 erzeugt in Abhängigkeit des Sollsignals SS dann die in Fig.
1 bereits beschriebenen resultierenden Taktsignale RTSa, RTSb zur Ansteuerung der Schaltelemente des Wechselrichters 2.
Hierbei ist die Modulationseinrichtung 8 insbesondere als integrierte Schaltung, vorzugsweise als FPGA, ausgebildet. Die Modulationseinrichtung 8 kann hierbei mit einer Oszillationseinrichtung 16 verbunden sein und in Abhängigkeit eines Ausgangssignals dieser Oszillationseinrichtung 16 das Grundtaktsignal TS1 und das Modulationssignal TS2 erzeugen und zur Erzeugung der resultierenden Taktsignale RTSa, RTSb das Grundtaktsignal TS1 , wie vorhergehend erläutert, durch das Modulationssignal TS2 verändern.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es weiter möglich, dass ein Tastgrad des Modulationssignals TS2 innerhalb einer Periode des Grundtaktsignals TS1 , insbesondere kontinuierlich, verändert wird. Beispielsweise kann die Veränderung des Tastgrads des Modulationssignals TS2 sinusförmig sein. Selbstverständlich können jedoch auch andere Zeitverläufe des Tastgrads in einer Periode des Grundtaktsignals TS1 , beispielsweise ein dreieckförmiger Verlauf, realisiert werden.
In diesem Fall die Veränderung des Grundtaktsignals TS1 durch das Modulationssignal TS2 sowohl in einem Zeitraum einer Periode des Grundtaktsignals TS1 , in dem das Grundtaktsignal TS1 einen ersten Pegel aufweist, als auch in dem Zustand, als auch in einem Zeitraum einer Periode des Grundtaktsignals TS1 , in dem das Grundtaktsignal TS1 einen zweiten Pegel aufweist, erfolgen.
Eine derartige Veränderung des Tastgrads des Modulationssignals TS2 hat den technischen Vorteil, dass eine elektromagnetische Verträglichkeit der Schaltung 1 verbessert wird. Weiter vorteilhafterweise wird eine bessere Effizienz der induktiven Energieübertragung erreicht. Dies ist insbesondere der Fall, da aufgrund der erläuterten Veränderungen des Tastgrads die vom Wechselrichter 2 erzeugte Wechselspannung geringere Störanteile aufweist und somit Anforderungen an eine Filterung des
Ausgangssignals des Wechselrichters 2 reduziert werden können. Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Filterschaltung 3 und einer Kompensationsschaltung 4. Die Filterschaltung 3 umfasst zwei
Teilanordnungen, nämlich eine erste Filterteilanordnung 3a und eine zweite
Filterteilanordnung 3b.
Dargestellt ist ein erster wechselrichterseitiger Anschluss 15a und ein weiterer wechselrichterseitiger Anschluss 15b der Filterschaltung 3. Weiter dargestellt ist ein erster windungsstrukturseitiger Anschluss 14a und ein weiterer windungsstrukturseitiger Anschluss 15b der Filterschaltung 3. An diese Anschlüsse 14a, 14b ist die
Kompensationsschaltung 4 angeschlossen. Weiter dargestellt ist ein erster
windungsstrukturseitiger Anschluss 13a und ein zweiter windungsstrukturseitiger
Anschluss 13b der Kompensationsschaltung 4, an die die Primärwindungsstruktur 5 (siehe Fig. 1 ) angeschlossen wird.
Die Filterschaltung 3 weist einen Erdungsabschnitt EA auf, der mit einem
Referenzpotential RP elektrisch verbunden ist. Das Referenzpotential RP kann insbesondere ein Massepotential sein. Weiter ist dargestellt, dass die Filterschaltung 3 symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt EA ausgebildet ist. Insbesondere ist eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten wechselrichterseitigen Anschluss 15a und dem Erdungsabschnitt EA, also die erste Filterteilanordnung 3a, in gleicher weise wie die elektrische Verbindung des zweiten wechselrichterseitigen Anschlusses 15b mit dem Erdungsabschnitt EA, also wie die zweite Filterteilanordnung 3b, ausgebildet. Die
Filterteilanordnungen 3a, 3b umfassen jeweils eine z.B. als Spule ausgebildetes induktives Element La, Lb. Weiter umfassen die Filterteilanordnungen 3a, 3b jeweils eine Parallelschaltung eines z.B. als Kondensator ausgebildeten ersten kapazitiven Elements C1 a, C1 b und eines zweiten, z.B. ebenfalls als Kondensator ausgebildeten, kapazitiven Elements C2a, C2b.
Die genannte Parallelschaltung der kapazitiven Elemente C1 a, C2a, C1 b, C2b ist in Reihe zu dem entsprechenden induktiven Element La, Lb der entsprechenden
Filterteilanordnung 3a, 3b geschaltet. Zwischen dem ersten wechselrichterseitigen Anschluss 15a ist somit die Reihenschaltung aus dem ersten induktiven Element La und der Parallelschaltung der kapazitiven Elemente C1 a, C2a der ersten Filterteilanordnung 3a angeordnet. Zwischen dem zweiten wechselrichterseitigen Anschluss 15b und dem Erdungsabschnitt EA ist die Reihenschaltung des zweiten induktiven Elements Lb und der Parallelschaltung der kapazitiven Elemente C1 b, C2b der zweiten Filterteilanordnung 3b angeordnet. Eine Induktivität der induktiven Elemente La, Lb der Filterteilanordnungen 3a, 3b können gleich sein. Ebenfalls können Kapazitäten der ersten kapazitiven Elemente C1 a, C1 b der beiden Filterteilanordnungen 3a, 3b gleich sein. Entsprechend können die Kapazitäten der zweiten kapazitiven Elemente C2a, C2b der beiden Filterteilanordnungen 3a, 3b gleich sein.
Die Kompensationsschaltung 4 umfasst zwei parallel geschaltete
Kompensationskondensatoren Ck1 , Ck2.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird ein Grundtaktsignal TS1 mit einer ersten Frequenz erzeugt.
In einem zweiten Schritt S2 wird ein Modulationssignal TS2 mit einer weiteren
Taktfrequenz erzeugt, wobei die weitere Taktfrequenz höher als die erste Taktfrequenz ist. Das Modulationssignal TS2 wird hierbei in Abhängigkeit des Grundtaktsignals TS1 erzeugt, insbesondere derart, dass es auf das Grundtaktsignal TS1 aufsynchronisiert ist. Insbesondere kann eine Phasenlage des Grundtaktsignals TS1 bestimmt werden, wobei dann eine Phasenlage des Modulationssignals TS2 derart eingestellt wird, dass die beiden Signale TS1 , TS2 eine vorbestimmte Phasendifferenz aufweisen. Insbesondere kann die Phasenlage des Modulationssignals TS2 derart eingestellt werden, dass der Beginn einer Periode des Grundtaktsignals TS1 dem Beginn einer Periode des
Modulationssignals TS2 entspricht.
Hierbei kann die erste Taktfrequenz durch die erste Steuereinrichtung 7 eingestellt werden. Mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung 10 (siehe Fig. 1 ) oder einer
Modulationseinrichtung 8 (siehe z.B. Fig. 2) kann ein Tastgrad des Modulationssignals TS2 eingestellt werden. In einem dritten Schritt S3 kann dann das Grundtaktsignal TS1 durch das Modulationssignal TS2 verändert werden, insbesondere moduliert werden. Insbesondere kann eine Pulsweitenmodulation erfolgen. Weiter kann im dritten Schritt S3 ein resultierendes Taktsignal RTS zum Betreiben des Wechselrichters 2 erzeugt werden.
Der erste und der zweite Schritt S1 , S2 können hierbei zumindest zeitweise, insbesondere nach der Aufsynchronisierung, simultan ausgeführt werden. Bezugszeichenliste
1 Schaltung
2 Wechselrichter
2a Halbbrücke
2b Halbbrücke
3 Filterschalter
3a erste Filterteilanordnung
3b zweite Filterteilanordnung
4 Kompensationsschaltung
5 Primärwindungsstruktur
6 Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung
7 erste Steuereinrichtung
8 Modulationseinrichtung
9a erster Gate-Treiber
9b zweiter Gate-Treiber
10 Signalverarbeitungseinrichtung
1 1 Signalerzeugungseinrichtung
12 Schnittstelle
13a erster primärwindungsseitiger Anschluss der Kompensationsschaltung 13b zweiter primärwindungsseitiger Anschluss der Kompensationsschaltung 14a erster primärwindungsseitiger Anschluss der Filterschaltung
14b zweiter primärwindungsseitiger Anschluss der Filterschaltung
15a erster wechselrichterseitiger Anschluss der Filterschaltung
15b zweiter wechselrichterseitiger Anschluss der Filterschaltung
SS Steuersignal
RTS
I2 Brückenstrom
U2 Brückenspannung
U5 Primärwindungsspannung
T Temperatur
RP Referenzpotential
EA Erdungsabschnitt
La erstes induktives Element
Lb zweites induktives Element C1 a erstes kapazitives Element der ersten Filterteilanordnung C2a zweites kapazitives Element der ersten Filterteilanordnung C1 b erstes kapazitives Element der zweiten Filterteilanordnung C2b zweites kapazitives Element der zweiten Filterteilanordnung
51 erster Schritt
52 zweiter Schritt
53 dritter Schritt
STG Soll-Tastgrad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Schaltung (1 ) zur Erzeugung eines
elektromagnetischen Felds zur induktiven Energieübertragung, wobei ein
Wechselrichter (2) zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit einer ersten Taktfrequenz betrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Betrieb mit der ersten Taktfrequenz ein Betrieb mit einer weiteren
Taktfrequenz überlagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere
Taktfrequenz höher als die erste Taktfrequenz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Taktsignal zum Betrieb von mindestens einem Schaltelement des Wechselrichters in Abhängigkeit eines Grundtaktsignal (TS1 ) mit der ersten Taktfrequenz und eines Modulationssignals (TS2) mit der weiteren Taktfrequenz erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement des Wechselrichters während einer Zeitdauer, in der das Grundtaktsignal (TS1 ) während einer Periode des Grundtaktsignals (TS1 ) einen ersten Pegel aufweist, mit der weiteren Taktfrequenz geschaltet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltelement durch den ersten Pegel in einen Leitend-Zustand versetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastgrad des Modulationssignals (TS2) verändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastgrad des Modulationssignals (TS2) in Abhängigkeit einer
gewünschten Leistung eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsspannung des Wechselrichters (2) gefiltert wird, wobei mindestens eine Windungsstruktur (5) zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds mit der gefilterten Ausgangsspannung beaufschlagt wird.
9. Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds zur induktiven
Energieübertragung, wobei die Schaltung (1 ) einen Wechselrichter (2) und mindestens eine Steuereinrichtung (7) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der mindestens einen Steuereinrichtung (7) der Wechselrichter (2) zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit einer ersten Taktfrequenz betreibbar, wobei dem Betrieb mit der ersten Taktfrequenz ein Betrieb mit einer weiteren Taktfrequenz überlagerbar ist.
10. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1 ) eine Filterschaltung (3) umfasst, wobei die Filterschaltung (4) mindestens einen Erdungsabschnitt (EA) aufweist, der mit einem Referenzpotential (RP) verbunden ist.
1 1. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung (3) symmetrisch relativ zum Erdungsabschnitt ausgebildet ist.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen einer
Gleichspannungsbereitstellungseinrichtung (6) und einem
Gleichspannungsanschluss des Wechselrichters (2) frei von einem
Gleichspannungswandler ist.
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