基于电路占空比的阻抗匹配方法组成比例

本发明专利技术提供了基于电路占空比的阻抗匹配方法，包括采用Boost阻抗变换器，改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，确定等效负载与Boost阻抗变换器占空比之间的关系；对Boost阻抗变换器的占空比进行调整，使等效负载维持在最优负载附近，实现WPT系统最大效率传输。通过调节占空比使等效负载维持在最优负载附近，从而实现最大效率传输。通过调节Boost阻抗变换器中MOS管的占空比a可以维持R2基本不变，从而稳定系统的传输功率与效率。但若负载需要的功率变化，可以通过改变输入电压Vin改变负载功率。因此，采用Boost阻抗变换器，通过改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，可以稳定WPT系统传输效率，适用于负载为大电压低电流、等效阻抗值较大的应用场合。

Impedance Matching Method Based on Circuit Duty Ratio

The invention provides an impedance matching method based on circuit duty ratio, including adopting Boost impedance converter to change duty ratio of Boost impedance converter to achieve impedance matching, determining the relationship between equivalent load and duty ratio of Boost impedance converter, adjusting duty ratio of Boost impedance converter to maintain equivalent load near optimal load, and realizing maximum efficiency transmission of WPT system. Lose. By adjusting duty cycle, the equivalent load can be maintained near the optimal load to achieve maximum efficiency transmission. By adjusting the duty cycle a of MOS transistors in Boost impedance converter, R2 can be maintained basically unchanged, thus stabilizing the transmission power and efficiency of the system. However, if the power required by the load changes, the load power can be changed by changing the input voltage Vin. Therefore, using Boost impedance converter to achieve impedance matching by changing the duty cycle of Boost impedance converter can stabilize the transmission efficiency of WPT system, which is suitable for applications where the load is large voltage and low current and the equivalent impedance value is large.

【技术实现步骤摘要】
基于电路占空比的阻抗匹配方法
本专利技术属于电路领域，特别涉及基于电路占空比的阻抗匹配方法。
技术介绍
WPT系统对蓄电池负载充电过程中，蓄电池等效负载会发生变动。蓄电池的充电过程可以分为多个恒流充电阶段。在每一个恒流充电阶段，电池两端电压呈曲线上升，因此随着充电过程的进行，蓄电池等效负载RL呈不断上升趋势，从而使系统等效负载偏离最优负载，导致系统传输效率下降。因此，当蓄电池两端等效负载动态变化时，必须采用阻抗匹配，维持WPT系统的高效电能传输。为了维持次级侧的等效负载值不变，本专利采用Boost阻抗变换器，通过改变Boost阻抗变换器的占空比实现阻抗匹配，减小次级侧的输入等效阻抗，增大反射阻抗，提高WPT系统传输效率，适用于负载为大电压低电流、等效阻抗值较大的应用场合。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术提供了用于提高传输效率的阻抗匹配方法。为了达到上述技术目的，本专利技术提供了基于电路占空比的阻抗匹配方法，所述方法包括：采用Boost阻抗变换器，改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，确定等效负载与Boost阻抗变换器占空比之间的关系；对Boost阻抗变换器的占空比进行调整，使等效负载维持在最优负载附近，实现WPT系统最大效率传输。可选的，Boost阻抗变换器有CCM模式和DCM模式，两种模式的工作条件为当Boost阻抗变换器工作在CCM模式时，ton+toff＝T，toff＝(1-a)T，可得CCM模式下Boost阻抗变换器的输入输出电压关系为当Boost阻抗变换器工作在DCM模式时，因为有则一个周期内电感电流的平均值IL为一个周期内Boost阻抗变换器的输入电流即为电感平均电流IL，则根据能量守恒定律有由此可得DCM模式下Boost阻抗变换器输入输出电压之间的关系为可选的，DCM模式下，输出电压不仅与占空比a相关，还与电感L、MOS管的工作频率f和负载阻值RL相关；假设Boost阻抗变换器没有能量损失，则有结合上述各式，可得CCM和DCM模式下Boost阻抗变换器的输入阻抗R2满足CCM模式下，易知随着的a增大R2会减小。DCM模式下，令λ＝α2/Lf此时在RL一定的情况下，R2仅与λ有关，对公式四求导有由上式可知DCM模式下R2为关于λ的单调递减函数，增加α可以减小R2。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：推导出了Boost阻抗变换器在CCM和DCM模式下的阻抗变换关系，通过调节占空比使等效负载维持在最优负载附近，从而实现最大效率传输。通过调节Boost阻抗变换器中MOS管的占空比a可以维持R2基本不变，从而稳定系统的传输功率与效率。但若负载需要的功率变化，可以通过改变输入电压Vin改变负载功率。因此，采用Boost阻抗变换器，通过改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，可以稳定WPT系统传输效率，适用于负载为大电压低电流、等效阻抗值较大的应用场合。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为包含Boost阻抗变换器的WPT系统基本结构图；图2(a)为Boost阻抗变换器工作在CCM模式下的电感电流波形；图2(b)为Boost阻抗变换器工作在CCMDCM模式的电感电流波形；图3为变负载条件下WPT系统控制框图；图4为RL分别为50、80、120、300Ω时，Boost输入端等效电阻R2随占空比的变化。具体实施方式为使本专利技术的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的结构作进一步地描述。实施例一本专利技术提供了一种通过改变Boost阻抗变换器占空比实现WPT系统最大效率传输的阻抗匹配方法，采用Boost阻抗变换器，通过改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，给出了负载变动时，稳定系统传输效率最优的占空比调节规律，实现了阻抗匹配。在WPT系统的整流桥和负载之间加入如图1所示的虚线框内的Boost阻抗变换器。该Boost阻抗变换器中包括MOS管D以及电感L和电容，在MOS管D与电容之间设有二极管。Boost阻抗变换器有CCM模式和DCM模式，两种模式的工作条件为当Boost阻抗变换器工作在CCM模式时，ton+toff＝T，toff＝(1-a)T，可得CCM模式下Boost阻抗变换器的输入输出电压关系为当Boost阻抗变换器工作在DCM模式时，因为有则一个周期内电感电流的平均值IL为一个周期内Boost阻抗变换器的输入电流即为电感平均电流IL，则根据能量守恒定律有由此可得DCM模式下Boost阻抗变换器输入输出电压之间的关系为DCM模式下，输出电压不仅与占空比a相关，还与电感L、MOS管的工作频率f和负载阻值RL相关；假设Boost阻抗变换器没有能量损失，则有结合上述各式，可得CCM和DCM模式下Boost阻抗变换器的输入阻抗R2满足CCM模式下，易知随着的a增大R2会减小。DCM模式下，令λ＝α2/Lf此时在RL一定的情况下，R2仅与λ有关，对公式四求导有由上式可知DCM模式下R2为关于λ的单调递减函数，增加α可以减小R2。通过调节Boost阻抗变换器MOS管的占空比α可以维持R2基本不变，可以稳定系统的传输效率。但若负载需要的功率变化，如图3所示，可以通过改变输入电压Vin改变负载功率。负载RL变化时控制器将负载上的电压Vout与电流Iout幅值采样，计算负载阻抗，并根据负载RL的大小调整α，使R2不变，若负载需要的功率变化，则控制器调节输入电压Vin。此处Boost阻抗变换器的作用并不是调节输出电压，而是起到阻抗变换的功能，调节输出电压的任务由初级侧电源实现。参照附图4，蓝色线段表示在此占空比下Boost阻抗变换器工作于CCM状态，红色线段表示在此占空比条件下工作于DCM状态。图中显示了负载RL分别为50Ω、80Ω、120Ω、300Ω时，Boost阻抗变换器输入端等效电阻R2随占空比α的变化曲线。因此当负载RL变动时，实时调节占空比，使Boost阻抗变换器输入端等效电阻R2不变。本专利技术提供了基于电路占空比的阻抗匹配方法，推导出了Boost阻抗变换器在CCM和DCM模式下的阻抗变换关系，通过调节占空比使等效负载维持在最优负载附近，从而实现最大效率传输。通过调节Boost阻抗变换器中MOS管的占空比a可以维持R2基本不变，从而稳定系统的传输功率与效率。但若负载需要的功率变化，可以通过改变输入电压Vin改变负载功率。因此，采用Boost阻抗变换器，通过改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，可以稳定WPT系统传输效率，适用于负载为大电压低电流、等效阻抗值较大的应用场合。上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。以上所述仅为本专利技术的实施例，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电路占空比的阻抗匹配方法，其特征在于，所述方法包括：采用Boost阻抗变换器，改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，确定等效负载与Boost阻抗变换器占空比之间的关系；对Boost阻抗变换器的占空比进行调整，使等效负载维持在最优负载附近，实现WPT系统最大效率传输。

【技术特征摘要】
1.基于电路占空比的阻抗匹配方法，其特征在于，所述方法包括：采用Boost阻抗变换器，改变Boost阻抗变换器占空比实现阻抗匹配，确定等效负载与Boost阻抗变换器占空比之间的关系；对Boost阻抗变换器的占空比进行调整，使等效负载维持在最优负载附近，实现WPT系统最大效率传输。2.根据权利要求1所述的基于电路占空比的阻抗匹配方法，其特征在于：Boost阻抗变换器有CCM模式和DCM模式，两种模式的工作条件为当Boost阻抗变换器工作在CCM模式时，ton+toff＝T，toff＝(1-a)T，可得CCM模式下Boost阻抗变换器的输入输出电压关系为当Boost阻抗变换器工作在DCM模式时，因为有则一个周期内电感电流的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，蒋佐富，周仲岳，陈轶玮，刘瑞，许丛，张晶，汪璐，王振，李鹏鹏，李建飞，藏玉清，陈迪雨，陈宇渊，
申请(专利权)人：台州宏远电力设计院有限公司，国网浙江省电力有限公司台州供电公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33