[發明專利]一種基于全橋半橋切換的IPT系統效率優化方法

有效

• 申請號: 202011054070.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112467891B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王志偉;劉晉;岳成林;潘碩;曹春偉;黃宇杰;朱瀟;楊祥琨;麥瑞坤;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M7/5387;H02M7/219
• 代理公司: 成都聚蓉眾享專利代理有限公司 51291
• 代理人: 張輝

本發明公開了一種基于全橋半橋切換的IPT系統及其效率優化方法，屬于無線充電技術領域，目的在于解決感應式無線供電系統在輕載條件下效率較低的問題。其包括以下步驟：a.建立基于全橋半橋切換的IPT系統基波等效模型；b.分析基于全橋半橋切換的SS補償IPT系統效率模型；c.分析基于全橋半橋切換的SS補償IPT系統控制策略。該方法能夠在系統工作在輕載與重載時將系統切換為半橋逆變模式與全橋逆變模式，可以有效提高輕載條件下的能量傳輸效率。本發明適用于基于全橋半橋切換的IPT系統及其效率優化方法。

技術領域

本發明屬于無線充電技術領域，具體涉及一種基于全橋半橋切換的IPT系統及其效率優化方法。

背景技術

感應式無線傳能(Inductance?Power?Transfer,IPT)技術是一種基于電磁場為傳輸媒介，通過磁耦合作用實現能量從電源到負載的供電方式。IPT技術最早由美國麻省理工學院?M.Soljacic教授及其研究團隊提出，于2008年被美國麻省理工技術評論為影響未來發展的十大新興技術之一。該技術的提出為無線供電研究開辟出新的方向，引起了國內外相關領域學者和企業的研究熱潮。近幾年來，IPT技術的研究取得一定成果，由于其安全、可靠、靈活的優勢，已經被廣泛用于電動汽車、醫療電子設備、消費電子等領域，為用電設備的非接觸供電和電池無線充電提供了一種高效、可靠的技術路徑。

IPT系統主要由逆變器、諧振網絡、磁耦合機構以及整流器組成。在大多數應用場合，由于用電設備的功率需求變化或電池充電狀態的變化，系統負載變化范圍極大，需要通過對接收端變流器進行動態閉環控制以適應系統輸出功率和電壓需求。同時，為提高IPT系統的經濟性和高效性，在滿足系統輸出功率和電壓需求的同時，應著重考量系統體積和能量傳輸效率。

發明內容

本發明的目的在于：為了改變感應式無線供電系統在輕載條件下效率較低的問題，提出了一種基于全橋半橋切換的IPT系統及其效率優化方法，該系統通過切換逆變器的工作模式，在保障負載功率需求的同時，通過控制接受端有源整流器的移相角及交流電壓電流相角差，減少輕載條件下系統變流器開關損耗及線圈損耗，提升系統能量傳輸效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于全橋半橋切換的IPT系統，包括直流側電壓源U_in、發射端、接收端，發射端包括由四個MOS管組成的全橋逆變器，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄分別為發射端的四個MOS管開關信號，?Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的開關頻率為f，發射端并聯有用于作為第三個橋臂的電容C_l1、電容C_l2，發射端還電連接有開關S，控制開關S的閉合/斷開實現全橋半橋逆變器的切換，接收端包括由四個MOS管組成的有源整流器，Q₅、Q₆、Q₇、Q₈為分別為接收端的四個MOS管開關信號，?Q₅、Q₆、Q₇、Q₈的開關頻率為f，接收端還電連接有直流側濾波電容C_d和系統負載電阻R，還包括發射線圈自感L₁、接收線圈自感L₂、發射線圈和接收線圈之間的互感M，發射線圈自感的補償電容C₁、接收線圈自感的補償電容C₂，補償電容C₁和補償電容C₂的補償網絡采用串聯諧振型補償網絡結構。

一種基于全橋半橋切換的IPT系統效率優化方法，包括如下步驟：

a.建立基于全橋半橋切換的IPT系統基波等效模型；

b.分析基于全橋半橋切換的SS補償IPT系統效率模型；

c.分析基于全橋半橋切換的SS補償IPT系統控制策略。