[发明专利]一种基于混合调制技术提升SS结构WPT系统轻载效率的方法

权利要求书

1.一种基于混合调制技术提升SS结构WPT系统轻载效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.建立基于混合调制技术的WPT系统基波等效模型；

所述步骤1中等效模型建立的步骤如下：

步骤1.1对SS结构的WPT系统分析得到如下关系：

其中θ为输入侧交流电压与输出侧交流电压相位差，为逆变器输出侧电压与电流相位差，为整流器输入侧电压与电流相位差；

步骤1.2根据不同调制方式，逆变器可以工作在全桥和半桥两种模式，当MOS管以正常PWM驱动时，逆变器工作在全桥模式，当MOS管S₃处于断开，S₄处于导通状态时，逆变器工作在半桥状态，逆变器输出交流电压基波有效值为：

其中U_in为逆变器的输入电压，α为逆变器交流侧电压脉宽；

步骤1.3根据不同调制方式，整流器可以工作在全桥和半桥两种模式，当MOS管以正常PWM驱动时，逆变器工作在全桥模式，当MOS管S₇处于断开，S₈处于导通状态时，整流器工作在半桥状态，整流器输入侧交流电压基波有效值为：

其中U_out为整流器的输出电压，β为整流器交流侧电压脉宽；

步骤1.4根据系统负载R_L，计算整流器交流输入侧等效负载R_eq：

其中，R_L为负载电阻；

步骤2.分析逆变器、整流器软开关和系统最优效率实现条件；

所述步骤2中分析条件如下：

为保证逆变器和整流器同时实现软开关，须满足以下条件：

θ＝min{α/2,β/2}；

为保证系统实现最大效率跟踪，需满足以下条件：

在满足最大效率跟踪条件后，系统接收侧交流等效阻抗为：

其中，M为发射线圈L_P与接收端的接收线圈L_S的互感；R_P和R_S分别为发射线圈L_P与接收线圈L_S的寄生电阻；

步骤3.针对实际系统需求设计系统不同模式下的功率范围以及功率切换点；

所述步骤3中设计方法步骤如下：

步骤3.1根据步骤2中计算得到的系统最大效率实现条件，由已知直流侧电压关系确定各系统工作模式下的α和β大小关系，根据逆变器和整流器实现软开关条件确定θ，将步骤1.4中计算的等效负载关系与步骤2中的满足最大效率条件后的等效负载联立，得到各模式下功率范围：

步骤3.2根据最小无功功率原则，当满足同一功率条件下有多个工作模式时，确定各工作模式优先级如下：

半桥逆变-半桥整流半桥逆变-全桥整流/全桥逆变-半桥整流全桥逆变-全桥整流；

步骤4.设计实现恒压输出、软开关、最大效率跟踪以及系统最优模式切换的控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合调制技术提升SS结构WPT系统轻载效率的方法，其特征在于，所述WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源，所述直流输入电源电连接有全桥逆变器，全桥逆变器包含四个MOS管S₁、S₂、S₃和S₄，v_gs1-v_gs4分别对应其门极信号，所述全桥逆变器电连接有发射线圈L_P，所述发射线圈串联谐振电容C_p，发射线圈L_P与接收端的接收线圈L_S磁耦合，所述接收线圈串联谐振电容C_s，所述接收端还包括与接收线圈电连接的全桥整流器，全桥整流器包含四个MOS管S₅、S₆、S₇和S₈，v_gs5-v_gs8分别对应其门极信号，所述整流器与负载电阻R_L电连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合调制技术提升SS结构WPT系统轻载效率的方法，其特征在于，所述步骤4中实现恒压输出、软开关、最大效率跟踪以及系统最优模式切换的控制策略步骤如下：

步骤4.1在接收端采集系统直流输出电压U_out和直流输出电流I_out，计算出此时的输出功率，判断此时系统的最优工作模式；并将信息通过射频通讯发送至发射端，调整逆变器的工作模式，将实时输出电压送入PI控制器，用于调整逆变器的移相角α，获得恒定电压输出；

步骤4.2根据步骤2中公式，在确定角度α后依次计算得到β和θ，并将信息发送至接收端，调整整流器移相角β，实现系统的最大效率跟踪控制和逆变器、整流器的软开关控制。