[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

说明书

本发明公开了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，属于无线充电技术领域，解决了三移相控制技术中随输出功率的降低，软开关实现需要的无功功率增大，在轻载的条件下，系统无功增大，交流侧电流幅值增大，导致线路损耗增大，降低系统能量传输效率的问题。本发明包括：步骤1.建立基于混合调制技术的WPT系统基波等效模型；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；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；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。本发明实现了宽负载范围的恒定直流电压输出、最大效率跟踪以及逆变器和整流器所有开关管软开关。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种利用混合调制方式实现串联谐振型无线供电系统切换不同工作模式的方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术借助空间中的能量载体(如电场、磁场、微波、电磁波等)，将电能由电源侧传递到负载侧。其中，感应式WPT技术作为一种安全、可靠的非接触式供电技术，可解决传统有线电能传输设备的诸多缺陷，避免了传统拔插系统存在的接触火花，漏电等安全问题，并使人类应用电能的方式更加灵活。目前，该技术已被广泛应用于人体植入医疗设备，感应式加热器，电动车以及手机等移动设备的无线充电平台。

感应式WPT系统包括能量发射端和能量接收端两部分：发射端包括高频逆变器、发射端谐振补偿网络和发射线圈，高频逆变器将直流电变为高频交流电，高频交流电流经过谐振补偿网络，在发射线圈中产生高频交流磁场；接收端包括接收线圈、接收端谐振补偿网络和高频整流器，接收线圈感应到发射线圈产生的高频磁场后，经过接收端谐振补偿网络，向高频整流器输出高频交流电，高频整流器则将交流电变为直流电，向负荷提供电能，实现电能从发射端到接收端的无线传输。

在目前的感应式WPT系统中，为实现系统恒定电压或恒定电流输出以及最大效率跟踪，传统的方法需要在直流侧添加DC/DC变换器，在不同的负载条件下对系统输出进行动态调节。然而，添加DC/DC变流器会极大地增加WPT系统的体积、重量和成本，限制WPT系统的适用性。为了在不使用额外的DC/DC变换器情况下，发射端逆变器和接收端通常采用移相控制技术，以在各种工作条件下实现二次侧稳定的输出电压。为降低开关管硬开关损耗，进一步提高系统功率，在双边移相控制的基础上，又引入一外部移相角实现整流器和逆变器的软开关，即三移相控制技术。但是采用这种方法，随着输出功率的降低，软开关实现需要的无功功率增大，在轻载的条件下，系统无功增大，交流侧电流幅值增大，导致线路损耗增大，降低系统能量传输效率。

发明内容

本发明的目的在于：

本发明的目的是提供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，该方法能在不引入额外的DC/DC变换器的情况下，通过移相控制的方法对系统输出电压进行动态调节并实现最大效率跟踪和所有开关管软开关，同时通过改变调制方式使得逆变器和整流器在全桥和半桥模式切换，实现轻载条件下，移相角的增大，进而减少实现软开关需要的无功，最终降低系统交流侧电流大小，降低损耗，提升系统能量传输效率。

本发明采用的技术方案如下：

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，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；

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；

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；

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。