[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

本發明公開了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，屬于無線充電技術領域，解決了三移相控制技術中隨輸出功率的降低，軟開關實現需要的無功功率增大，在輕載的條件下，系統無功增大，交流側電流幅值增大，導致線路損耗增大，降低系統能量傳輸效率的問題。本發明包括：步驟1.建立基于混合調制技術的WPT系統基波等效模型；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；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；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。本發明實現了寬負載范圍的恒定直流電壓輸出、最大效率跟蹤以及逆變器和整流器所有開關管軟開關。

技術領域

本發明屬于無線充電技術領域，具體涉及一種利用混合調制方式實現串聯諧振型無線供電系統切換不同工作模式的方法。

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，向高頻整流器輸出高頻交流電，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以及最大效率跟蹤，傳統的方法需要在直流側添加DC/DC變換器，在不同的負載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，發射端逆變器和接收端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。為降低開關管硬開關損耗，進一步提高系統功率，在雙邊移相控制的基礎上，又引入一外部移相角實現整流器和逆變器的軟開關，即三移相控制技術。但是采用這種方法，隨著輸出功率的降低，軟開關實現需要的無功功率增大，在輕載的條件下，系統無功增大，交流側電流幅值增大，導致線路損耗增大，降低系統能量傳輸效率。

發明內容

本發明的目的在于：

本發明的目的是提供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，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并實現最大效率跟蹤和所有開關管軟開關，同時通過改變調制方式使得逆變器和整流器在全橋和半橋模式切換，實現輕載條件下，移相角的增大，進而減少實現軟開關需要的無功，最終降低系統交流側電流大小，降低損耗，提升系統能量傳輸效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于混合調制技術提升SS結構WPT系統輕載效率的方法，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；

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；

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；

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。