[發明專利]一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統及其最大效率跟蹤方法

在審

• 申請號: 202110669931.0
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113410913A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 豐宇宸;錢林俊;王曜怡;劉書柏楊;周浩;鄧德強;費迎軍
• 申請（專利權）人: 豐宇宸
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/70
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

1.一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統，包括能量發射端和能量接收端，所述能量接收端設有順序連接的接收線圈、副邊諧振網絡、整流濾波電路和負載，其特征在于：所述能量接收端在所述整流濾波電路和所述負載之間設有Sepic電路。

2.根據權利要求1所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統，其特征在于：所述Sepic電路設有第一電容、第二電容、第一電感、第二電感、功率開關管、整流二極管；

所述第一電感、所述第一電容、正向的所述整流二極管、所述負載順序串聯在所述整流濾波電路的第一輸出端與第二輸出端之間；所述功率開關管的第一開關端連接所述第一電感和所述第一電容的公共連接端，第二開關端連接所述整流濾波電路的第二輸出端，控制端連接占空比調節器；所述第二電感一端連接所述第一電感與所述第一電容的公共連接端，另一端連接所述整流濾波電路的第二輸出端；所述第二電容一端連接所述整流二極管與所述負載的公共連接端，另一端連接所述整流濾波電路的第二輸出端。

3.根據權利要求2所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統，其特征在于：所述整流濾波電路包括全橋整流器和濾波電容，所述濾波電容、所述第一電感、所述功率開關管構成回路；

當所述功率開關管閉合時，所述整流二極管截止，所述第一電感上的電流沿著所述濾波電容、所述第一電感、所述功率開關管構成的回路，對所述第一電感進行儲能；同時，所述第一電容經過所述功率開關管對所述第二電感進行儲能；同時，所述第二電容放電，給所述負載提供輸出電流；

當所述功率開關管斷開時，所述第二電感上產生反向電動勢，使得所述整流二極管由截止變為導通；此時有兩條電流途徑，一條是所述第一電感提供的電流沿著所述第一電感、所述第一電容、所述整流二極管給所述負載供電，另一條是沿著所述第二電感、所述整流二極管給所述負載供電。

4.根據權利要求3所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統，其特征在于：所述副邊諧振網絡采用與所述接收線圈串聯的副邊諧振電容。

5.根據權利要求4所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統，其特征在于：所述能量發射端設有發射線圈以及與所述發射線圈串聯的原邊諧振電容。

6.一種根據權利要求5所述基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統的最大效率跟蹤方法，其特征在于，包括步驟：

S1：控制所述Sepic電路工作在CCM模式下；

S2：以最大化MC-WPT系統的能量傳輸效率為目標對所述功率開關管的占空比進行實時控制。

7.根據權利要求6所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統的最大效率跟蹤方法，其特征在于，在所述步驟S2中，按照如下關系對所述功率開關管的占空比D進行實時控制：

其中，R為所述負載的電阻，也是所述Sepic電路的輸出阻抗；

表示MC-WPT系統以最大效率傳輸能量時的負載等效阻抗R_i的取值，所述系統等效阻抗R_i由所述整流濾波電路和所述負載等效而來，ω為諧振角頻率；R_p、R_s分別為所述原邊諧振電容、所述副邊諧振電容的內阻；M為所述發射線圈與所述接收線圈之間的互感。

8.根據權利要求7所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統的最大效率跟蹤方法，其特征在于：忽略所述Sepic電路的損耗，依據能量守恒定律，則所述Sepic電路的輸入阻抗R_r和輸出阻抗R的關系表示為：

結合可得到負載等效阻抗R_i與負載R的關系為：

9.根據權利要求8所述的一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統的最大效率跟蹤方法，其特征在于，計算R_{i_maxη}按照步驟：

1)基于基爾霍夫電壓定律及基爾霍夫電流定律計算MC-WPT系統的能量傳輸效率η：

2)通過求導并使求得η最大時，R_i的取值為：