[发明专利]一种基于倍流整流＆半桥逆变的IPT系统效率提升方法

说明书

本发明公开了一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，属于无线充电技术领域，目的在于解决现有IPT系统能量传输效率低的问题。其包括以下步骤：a.建立基于倍流整流半桥逆变的IPT系统的基波电路模型；b.基于倍流整流半桥逆变的IPT系统输出特性分析；c.设计基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率优化策略。该方法利用所设计的电路结构和控制方法，可大幅改善感应式无线供电系统的传输效率。本发明适用于基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法。

背景技术

感应式无线供电(Inductance Power Transfer，IPT)技术借助空间中的磁场载体，将电能通过非接触的形式从电源传递到负载。近年来，随着IPT技术的不断完善，以及其在安全性、可靠性、灵活性方面的优势，该技术已被广泛应用于消费电子产品，电动汽车和电动公交车等设备的无线充电平台。

IPT系统中存在多级功率变换环节，其能量损耗相对较大，尤其是在轻载条件下，能量传输效率则下降得更为明显。从能量传输路径的角度分析，系统损耗主要由变流器的开关损耗和耦合线圈的损耗组成。随着SiC，GaN等高性能电力电子器件的发展和普及，变流器的开关损耗在系统损耗中仅为较小的部分，而线圈损耗则占据了系统能量损耗的主要部分。目前，大多数应用场合中，为了满足系统功率需求和抗偏移范围需求，IPT系统中的发射线圈尺寸通常会大于接收线圈^[4]。较大的线圈尺寸将带来较大的线圈内阻，为降低耦合线圈中的能量损耗，应依据耦合线圈的内阻比例，对线圈中的电流比例进行优化调节，进而改善系统能量传输效率。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，解决现有IPT系统能量传输效率低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源U_in，所述直流输入电源U_in通过两个MOS管Q₁、Q₂和两个并联电容C_q1、C_q2组成的半桥逆变器变换成高频交流电，还包括副边变流器和谐振网络，副边变流器包括倍流整流器和Buck-Boost变流器，所述倍流整流器包括二极管D₁和二极管D₂，二极管D₁和二极管D₂分别串联有电感L_d1和电感L_d2，倍流整流器还包括输出侧支撑电容C_L，所述Buck-Boost变流器的开关频率为f_s，所述Buck-Boost变流器包括开关管Q_c、二极管D_c和续流电感L_c、输出侧支撑电容C_d，R_L为系统负载，电阻谐振网络通过具有恒流输出特性的双边LCC补偿拓扑，谐振网络包括发射线圈自感L₁、接收线圈自感L₂、发射线圈和接收线圈之间的互感M，电感L_p、电容C₁、电容C_p为发射线圈L₁的谐振补偿网络，接收线圈谐振补偿网络由电容C₂和电容C_s共同构成。

一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，包括如下步骤：

a.建立基于倍流整流半桥逆变的IPT系统的基波电路模型；

b.基于倍流整流半桥逆变的IPT系统输出特性分析；

c.设计基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率优化策略。

进一步地，所述步骤a中等效模型建立的步骤如下：