[發(fā)明專利]一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統(tǒng)及其最大效率跟蹤方法

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113410913A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 豐宇宸;錢林俊;王曜怡;劉書柏楊;周浩;鄧德強(qiáng);費(fèi)迎軍
• 申請（專利權(quán)）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(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發(fā)明涉及MC?WPT技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC?WPT系統(tǒng)及其最大效率跟蹤方法，包括能量發(fā)射端和能量接收端，能量接收端設(shè)有順序連接的接收線圈、副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流濾波電路和負(fù)載，能量接收端在整流濾波電路和負(fù)載之間設(shè)有Sepic電路。本發(fā)明采用Sepic電路作為后級DC?DC調(diào)壓電路進(jìn)行阻抗匹配，通過計算推導(dǎo)出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大效率跟蹤的負(fù)載條件，進(jìn)一步給出基于阻抗匹配方式的Sepic電路的PWM占空比控制公式，以實(shí)現(xiàn)最大效率跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MC-WPT(磁場耦合式無線電能傳輸)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統(tǒng)及其最大效率跟蹤方法。

背景技術(shù)

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術(shù)是指綜合應(yīng)用電工理論、電力電子技術(shù)、控制理論與技術(shù)等，利用磁場、電場、微波等載體實(shí)現(xiàn)電能從電網(wǎng)或電池以非電氣接觸的方式傳輸至用電設(shè)備的技術(shù)，該技術(shù)極大提升了用電設(shè)備取電的靈活性與安全性，正逐步走入人們生活與工業(yè)制造的相關(guān)領(lǐng)域。磁場耦合式無線電能傳輸(MagneticCoupled Wireless Power Transfer,MC-WPT)具有功率容量大、效率高、拓?fù)涠鄻拥葍?yōu)點(diǎn)，在手機(jī)移動設(shè)備、家用電器、高鐵供電、電動汽車充電以及水下設(shè)備等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，也受到了越來越多國內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)的青睞。

對于無線電能傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)效率是最為關(guān)鍵的指標(biāo)之一。在弱耦合情況下的一些大功率應(yīng)用中，往往需要系統(tǒng)運(yùn)行在最大效率狀態(tài)，以盡可能地減小系統(tǒng)的損耗和運(yùn)行成本。因此，最大效率傳輸對于提升系統(tǒng)性能有著至關(guān)重要的作用。然而，在實(shí)際的MC-WPT應(yīng)用中，由于系統(tǒng)的松耦合特性，它的負(fù)載特性會在運(yùn)行中出現(xiàn)波動，導(dǎo)致系統(tǒng)偏離最大效率工作點(diǎn)，造成系統(tǒng)傳輸效能下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統(tǒng)及其最大效率跟蹤方法，解決的技術(shù)問題在于：如何跟隨負(fù)載特性在運(yùn)行中的波動，使MC-WPT系統(tǒng)始終處于最大效率工作點(diǎn)。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供一種基于Sepic電路阻抗匹配的MC-WPT系統(tǒng)，包括能量發(fā)射端和能量接收端，所述能量接收端設(shè)有順序連接的接收線圈、副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流濾波電路和負(fù)載，所述能量接收端在所述整流濾波電路和所述負(fù)載之間設(shè)有Sepic電路。

具體的，所述Sepic電路設(shè)有第一電容、第二電容、第一電感、第二電感、功率開關(guān)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(fù)載順序串聯(lián)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(guān)管的第一開關(guān)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(guān)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(diào)節(jié)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(fù)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。

優(yōu)選的，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(guān)管構(gòu)成回路；

當(dāng)所述功率開關(guān)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(guān)管構(gòu)成的回路，對所述第一電感進(jìn)行儲能；同時，所述第一電容經(jīng)過所述功率開關(guān)管對所述第二電感進(jìn)行儲能；同時，所述第二電容放電，給所述負(fù)載提供輸出電流；

當(dāng)所述功率開關(guān)管斷開時，所述第二電感上產(chǎn)生反向電動勢，使得所述整流二極管由截止變?yōu)閷?dǎo)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(fù)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(fù)載供電。

優(yōu)選的，所述副邊諧振網(wǎng)絡(luò)采用與所述接收線圈串聯(lián)的副邊諧振電容。