[發明專利]一種基于混合調制技術提升SS結構WPT系統輕載效率的方法

有效

• 申請號: 202110863739.5
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113595256B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李勇;孫文俊;麥瑞坤;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12;H02J7/02;H02M3/335
• 代理公司: 成都聚蓉眾享專利代理有限公司 51291
• 代理人: 劉艷均

1.一種基于混合調制技術提升SS結構WPT系統輕載效率的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1.建立基于混合調制技術的WPT系統基波等效模型；

所述步驟1中等效模型建立的步驟如下：

步驟1.1對SS結構的WPT系統分析得到如下關系：

其中θ為輸入側交流電壓與輸出側交流電壓相位差，為逆變器輸出側電壓與電流相位差，為整流器輸入側電壓與電流相位差；

步驟1.2根據不同調制方式，逆變器可以工作在全橋和半橋兩種模式，當MOS管以正常PWM驅動時，逆變器工作在全橋模式，當MOS管S₃處于斷開，S₄處于導通狀態時，逆變器工作在半橋狀態，逆變器輸出交流電壓基波有效值為：

其中U_in為逆變器的輸入電壓，α為逆變器交流側電壓脈寬；

步驟1.3根據不同調制方式，整流器可以工作在全橋和半橋兩種模式，當MOS管以正常PWM驅動時，逆變器工作在全橋模式，當MOS管S₇處于斷開，S₈處于導通狀態時，整流器工作在半橋狀態，整流器輸入側交流電壓基波有效值為：

其中U_out為整流器的輸出電壓，β為整流器交流側電壓脈寬；

步驟1.4根據系統負載R_L，計算整流器交流輸入側等效負載R_eq：

其中，R_L為負載電阻；

步驟2.分析逆變器、整流器軟開關和系統最優效率實現條件；

所述步驟2中分析條件如下：

為保證逆變器和整流器同時實現軟開關，須滿足以下條件：

θ＝min{α/2,β/2}；

為保證系統實現最大效率跟蹤，需滿足以下條件：

在滿足最大效率跟蹤條件后，系統接收側交流等效阻抗為：

其中，M為發射線圈L_P與接收端的接收線圈L_S的互感；R_P和R_S分別為發射線圈L_P與接收線圈L_S的寄生電阻；

步驟3.針對實際系統需求設計系統不同模式下的功率范圍以及功率切換點；

所述步驟3中設計方法步驟如下：

步驟3.1根據步驟2中計算得到的系統最大效率實現條件，由已知直流側電壓關系確定各系統工作模式下的α和β大小關系，根據逆變器和整流器實現軟開關條件確定θ，將步驟1.4中計算的等效負載關系與步驟2中的滿足最大效率條件后的等效負載聯立，得到各模式下功率范圍：

步驟3.2根據最小無功功率原則，當滿足同一功率條件下有多個工作模式時，確定各工作模式優先級如下：

半橋逆變-半橋整流半橋逆變-全橋整流/全橋逆變-半橋整流全橋逆變-全橋整流；

步驟4.設計實現恒壓輸出、軟開關、最大效率跟蹤以及系統最優模式切換的控制策略。

2.根據權利要求1所述的一種基于混合調制技術提升SS結構WPT系統輕載效率的方法，其特征在于，所述WPT系統包括發射端和接收端，所述發射端包括直流輸入電源，所述直流輸入電源電連接有全橋逆變器，全橋逆變器包含四個MOS管S₁、S₂、S₃和S₄，v_gs1-v_gs4分別對應其門極信號，所述全橋逆變器電連接有發射線圈L_P，所述發射線圈串聯諧振電容C_p，發射線圈L_P與接收端的接收線圈L_S磁耦合，所述接收線圈串聯諧振電容C_s，所述接收端還包括與接收線圈電連接的全橋整流器，全橋整流器包含四個MOS管S₅、S₆、S₇和S₈，v_gs5-v_gs8分別對應其門極信號，所述整流器與負載電阻R_L電連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于混合調制技術提升SS結構WPT系統輕載效率的方法，其特征在于，所述步驟4中實現恒壓輸出、軟開關、最大效率跟蹤以及系統最優模式切換的控制策略步驟如下：

步驟4.1在接收端采集系統直流輸出電壓U_out和直流輸出電流I_out，計算出此時的輸出功率，判斷此時系統的最優工作模式；并將信息通過射頻通訊發送至發射端，調整逆變器的工作模式，將實時輸出電壓送入PI控制器，用于調整逆變器的移相角α，獲得恒定電壓輸出；

步驟4.2根據步驟2中公式，在確定角度α后依次計算得到β和θ，并將信息發送至接收端，調整整流器移相角β，實現系統的最大效率跟蹤控制和逆變器、整流器的軟開關控制。