一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法技术方案

本发明专利技术提供一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法，首先建立感应耦合能量传输系统的数学模型，计算并设定系统的启动时间t

【技术实现步骤摘要】
一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法


[0001]本专利技术属于无线电能传输领域，具体涉及一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法。

技术介绍

[0002]感应耦合能量传输系统是一种通过电磁感应原理将电能以非接触的方式传输到负载的新型供电方式，由于其无需物理连接、具有安全可靠和环境友好型等优点，因此，该技术已广泛应用于电子产品、医疗设备等小功率场合以及电动汽车、轨道交通等大功率场合。
[0003]在大功率应用场合，需要感应耦合能量传输系统向负载传输较大的功率，因此系统在启动阶段会产生较大的启动冲击电流，严重时会损坏高频逆变器中的双向可控功率开关器件，导致系统无法正常运行。因此，需要对感应耦合能量传输系统的启动冲击电流进行有效地抑制。
[0004]现有的关于感应耦合能量传输系统的软启动控制方法主要分为移相控制、变频控制和增加预充电电路三种方法。K.Hata，T.Imura，H.Fujimoto等在文献“Soft
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start control method for in
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motion charging of electric vehicles based on transient analysis of wireless power transfer system[C].2018IEEE Energy Conversion Congress and Exposition，2018，2009
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2015.”中采用移相控制进行软启动，通过调节移相角使高频逆变器的输入电压从小逐渐增加到额定输入电压，启动冲击电流得到抑制。但是当移相角较大时，双向可控功率开关器件无法实现软开关，因此会产生较大的开关损耗，导致双向可控功率开关器件发热，甚至损坏。R.Chang，B.Liu，S.Duan在文献“Analysis and parameter optimization of start
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up process for LLC resonant converter[J].IEEE Trans on Power Electronics，2015，30(12)：7113
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7122.”中采用变频控制进行软启动，通过调节高频逆变器的工作频率使得系统的阻抗逐渐减小，高频逆变器的输出电流逐渐增大，从而防止启动过程中较大的冲击电流。但是该方法会产生较多的无功功率，降低系统效率，同时对于具有频率分裂现象的感应耦合能量传输系统来说，容易造成系统的不稳定。中国专利技术专利CN202011224629.6“电磁感应式无线电能传输系统及其启动电流冲击抑制方法”中采用额外的预充电电路对副边侧滤波电容器进行预充电，以此来抑制启动冲击电流，但是该方法增加了额外的预充电电路，工程造价高。

技术实现思路

[0005]为有效抑制上述感应耦合能量传输系统在启动过程中的冲击电流，本专利技术提出一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、建立感应耦合能量传输系统的数学模型，计算并设定所述感应耦合能量传
输系统的启动时间t
s
；
[0009]步骤2、根据高频逆变器中双向可控功率开关器件的开通时间t
r
与关断时间t
f
，选取合适的三角载波频率f；
[0010]步骤3、占空比D按照非线性饱和函数规律变化，当到达启动时间t
s
时，占空比D等于1；
[0011]步骤4、占空比D与三角载波进行比较，得到开关函数d；当开关函数d为逻辑高电平时，高频逆变器采用移相角为0
°
的移相控制，当开关函数d为逻辑低电平时，高频逆变器停止工作。
[0012]进一步地，所述步骤1中，所述感应耦合能量传输系统基于串
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串型补偿电路，所述串
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串型补偿电路的感应耦合能量传输系统的启动时间满足如下公式：
[0013][0014]其中，L
p
为发射线圈的自感，r
p
为原边侧的损耗等效电阻阻值。
[0015]进一步地，所述步骤2中载波频率f满足如下公式：
[0016][0017]其中，t
r
、t
f
分别为高频逆变器中双向可控功率开关器件的开通时间和关断时间。
[0018]进一步地，所述步骤3中非线性饱和函数的表达式为：
[0019][0020]其中，t表示时间，π为圆周率。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0022]1、启动过程中，移相角为0
°
，可实现双向可控功率开关器件的零电压开通，减少双向可控功率开关器件的发热；
[0023]2、高频逆变器采用固定工作频率，不会造成系统的不稳定，降低启动过程中的无功损耗；
[0024]3、无须增加额外的预充电电路，工程造价低。
附图说明
[0025]图1为感应耦合能量传输系统的电路拓扑；
[0026]图2为本专利技术下高频逆变器的驱动信号示意图；
[0027]图3为本专利技术方法实施控制框图；
[0028]图4为未采用任何软启动方法的发射线圈电流波形；
[0029]图5为采用本专利技术方法的发射线圈电流波形；
[0030]图6为采用本专利技术方法的高频逆变器在07～0.9ms之间的零电压导通示意图；
[0031]图7为采用本专利技术方法的高频逆变器在4.1～4.12ms之间的零电压导通示意图；
[0032]图8为占空比D按照斜坡上升规律变化时的发射线圈电流波形。
[0033]图中，1占空比D、2三角载波、3开关函数d、4移相角为0
°
的移相控制，100感应耦合能量传输系统的原边侧、101直流电压源、102高频逆变器、103原边侧损耗等效电阻、104原边补偿电容器、105发射线圈，200感应耦合能量传输系统的副边侧、201接收线圈、202副边补偿电容器、203副边侧损耗等效电阻、204整流滤波电路、205负载，120原边侧发射线圈与副边侧接收线圈之间的互感M。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]如图1所示，本专利技术的感应耦合能量传输系统实施例基于串
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串型补偿电路，由感应耦合能量传输系统的原边侧100和感应耦合能量传输系统的副边侧200组成。所述感应耦合能量传输系统的原边侧100由直流电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立感应耦合能量传输系统的数学模型，计算并设定所述感应耦合能量传输系统的启动时间t
s
；步骤2、根据高频逆变器中双向可控功率开关器件的开通时间t
r
与关断时间t
f
，选取合适的三角载波频率f；步骤3、占空比D按照非线性饱和函数规律变化，当到达启动时间t
s
时，占空比D等于1；步骤4、占空比D与三角载波进行比较，得到开关函数d；当开关函数d为逻辑高电平时，高频逆变器采用移相角为0
°
的移相控制，当开关函数d为逻辑低电平时，高频逆变器停止工作。2.根据权利要求1所述的感应耦合能量传输系统的启动冲击电流抑制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：史黎明，杨继鑫，段正刚，唐文京，范满义，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：