[發明專利]一種利用可變電感拓展SS結構WPT系統的軟開關范圍的方法

有效

• 申請號: 202010156726.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111342668B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李勇;劉順攀;楊祥錕;朱簫;麥瑞坤;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J50/12;H01F21/02;H01F27/30
• 代理公司: 成都聚蓉眾享知識產權代理有限公司 51291
• 代理人: 劉艷均

本發明公開了一種采用可變電感實現串聯諧振型(Series?series,SS)無線供電(WirelessPower Transfer,WPT)系統逆變器軟開關的方法，屬于無線充電技術領域。解決了現有技術中，當SS型WPT系統采用移相控制技術實現寬負載范圍、寬耦合系數恒壓供電時，逆變器開關損耗大、軟開關狀態實現困難導致等問題。本發明包括如下步驟：a.建立基于可變電感的WPT系統基波等效模型及可變電感等效模型；b.分析逆變器軟開關實現條件；c.設計可變電感；d.設計實現恒壓輸出與逆變器軟開關的控制策略。該方法有效地擴大了逆變器軟開關的實現范圍，使系統始終工作在高效率狀態下，控制簡單，可實現系統工作狀態的連續快速調節，具有良好的動態性能。

技術領域

本發明涉及無線充電技術領域，具體涉及一種利用可變電感(VariableInductance,VI)實現串聯諧振(Series-series,SS)型無線供電(Wireless PowerTransfer,WPT)系統逆變器軟開關的方法，該方法控制簡單，同時有效地擴大了逆變器軟開關的實現范圍，使系統始終工作在高效率狀態下。

背景技術

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer，WPT)技術借助空間中的能量載體(如電場、磁場、微波、電磁波等)，將電能由電源側傳遞到負載側。其中，感應式WPT技術作為一種安全、可靠的非接觸式供電技術，可解決傳統有線電能傳輸設備的諸多缺陷，避免了傳統拔插系統存在的接觸火花，漏電等安全問題，并使人類應用電能的方式更加靈活。目前，該技術已被廣泛應用于人體植入醫療設備，感應式加熱器，電動車以及手機等移動設備的無線充電平臺。

感應式WPT系統包括能量發射端和能量接收端兩部分：發射端包括高頻逆變器、發射端諧振補償網絡和發射線圈，高頻逆變器將直流電變為高頻交流電，高頻交流電流經過諧振補償網絡，在發射線圈中產生高頻交流磁場；接收端包括接收線圈、接收端諧振補償網絡和高頻整流器，接收線圈感應到發射線圈產生的高頻磁場后，經過接收端諧振補償網絡，向高頻整理器輸出高頻交流電，高頻整流器則將交流電變為直流電，向負荷提供電能，實現電能從發射端到接收端的無線傳輸。

在目前的感應式WPT系統中，為實現系統恒定電壓或恒定電流輸出，傳統的方法需要在直流側添加DC/DC變換器，在不同的負載和耦合系數條件下對系統輸出進行動態調節。然而，添加DC/DC變流器會極大地增加WPT系統的體積、重量和成本，限制WPT系統的適用性。為了在不使用額外的DC/DC變換器情況下，發射端逆變器通常采用移相控制技術，以在各種工作條件下實現二次側穩定的輸出電壓。但是采用這種方法，很難實現逆變器軟開關，特別是在輕載的條件下，導致逆變器開關損耗增大，降低系統能量傳輸效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用可變電感實現SS型感應式WPT系統寬范圍軟開關狀態的方法，該方法能在不引入額外的DC/DC變換器的情況下，通過移相控制的方法對系統輸出電壓進行動態調節，同時通過可變電感實現寬負載范圍、寬互感變化范圍、寬移相角范圍情況下逆變器的軟開關狀態，降低逆變器的開關損耗，進而提升系統能量傳輸效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種利用可變電感拓展SS型WPT系統軟開關范圍的方法，其特征在于，包括如下步驟：

a.建立基于可變電感的WPT系統基波等效模型及可變電感等效模型；

b.分析逆變器在寬負載范圍和寬互感范圍情況下的軟開關實現條件；

c.設計可變電感；

d.設計實現恒壓輸出與逆變器軟開關的逆變器控制策略與可變電感控制策略。