[发明专利]一种基于恒定输出电压的磁耦合谐振式无线传能最大效率跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于恒定输出电压的磁耦合谐振式无线传能最大效率跟踪方法，属于无线电能传输技术领域。该方法：首先，在磁耦合谐振式无线传能系统中，在原边引入占空比可调的Buck直流转换器调节输入电压，在副边引入PID控制的Buck‑Boost直流转换器来等效电阻以及恒定输出电压；然后，通过调节Buck直流转换器的占空比并检测输入电流平均值最小来自动实现恒定输出电压的同时，跟踪最大传输效率。本发明方法不需要原边和副边的信息通信，检测量仅有输入电流平均值，控制量仅有Buck转换器占空比；当线圈间距离或负载电阻变化时，根据检测输入电流最小化，就可以实现输出电压的恒定和效率的最大化，电路控制十分容易。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种基于恒定输出电压的磁耦合谐振式无线传能最大效率跟踪方法。

背景技术

随着开关器件在控制频率和功率技术上的提高，使得无线电能传输技术(WPT)能够飞速发展。近年来，WPT已经广泛应用于医学设备、家电、汽车等领域，成为研究的热点。

在WPT实际应用过程中，通常希望在能够追踪最大传输效率的同时能够保持输出电压恒定不变。但当两线圈间的距离和负载电阻值改变后，系统的输出电压和效率都会发生改变，特别是系统效率在距离增大时会迅速下降。

在目前已有的无限传能系统中，主要有频率跟踪，阻抗匹配，DC/DC转换器等效三种方式。而频率跟踪适合于近距离，强耦合的情况，可以实现在强耦合距离范围内可保持传输效率恒定，但约束条件很强，并且效率难以最大化。阻抗匹配虽然可以实现在距离变化实现传输最大化，但是其补偿电路复杂，控制方法也比较困难。并且这两种方法均会导致在距离或负载变化时输出电压或有较大变动。而目前所采用的DC/DC直流转换器等效的方式可以在较大的负载距离和大小范围内实现最大效率跟踪，但其均需要对多个量进行检测，以及原副边的信息通信，增大控制算法难度。

因此，目前亟需一种能同时满足输出电压的恒定和系统效率最大化的无线传能方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于恒定输出电压的磁耦合谐振式无线传能最大效率跟踪方法，不需要原边和副边的信息通信，检测量仅有输入电流平均值，控制量仅有Buck转换器占空比。当线圈间距离或负载电阻变化时，根据检测输入电流最小化，就可以实现输出电压的恒定和效率的最大化，电路控制十分容易。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于恒定输出电压的磁耦合谐振式无线传能最大效率跟踪方法，利用直流转换器来等效负载电阻使其为最优负载的思想，首先，在磁耦合谐振式无线传能系统中，在原边引入占空比可调的Buck直流转换器调节输入电压，在副边引入PID控制的Buck-Boost直流转换器来等效电阻以及恒定输出电压；然后，通过调节Buck直流转换器的占空比并检测输入电流平均值最小来自动实现恒定输出电压的同时，跟踪最大传输效率。

进一步，该跟踪方法具体包括：

1)对于每一距离线圈间距离D，均存在一最优负载电阻使得系统效率最大；当线圈间距离或负载大小变化导致实际负载电阻不是最优负载时，可以利用调节Buck-Boost直流转换器的占空比Duty₂将某一固定负载电阻R_L等效为最优负载电阻R_L-eq；

2)在确定最优Duty₂时，通过调节Buck直流转换器占空比Duty₁，使输出电压为所设定恒定值。

进一步，所述Buck-Boost直流转换器的占空比Duty₂为：

其中，R_L-eq表示最优负载电阻，R_L表示系统的负载电阻。