一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法，包括如下步骤：a、构建WPT系统的电路模型，对电路模型的副边参数进行效率优化，以确定副边参数中的电容C2和电感L2的关系；b、根据电路模型的原边参数的输入阻抗，确定原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系；c、采用PDM来调节WPT系统输出功率，确定输出功率随电容C1和电容C2变化的规律；d、由输出功率确定WPT系统的原边参数，以实现WPT系统的ZVS。本发明专利技术可以使WPT系统在参数变化时仍能实现ZVS并达到额定功率，具有实现难度低，成本低的优点。成本低的优点。成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，具体涉及一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法。

技术介绍

[0002]无线电力传输(WPT)作为一种很有前途的技术，已广泛应用于消费电子产品、人体医疗设备、工业机器人和电动汽车。SS拓扑的WPT系统由于其结构简单、效率高而被广泛使用。但耦合系数等参数的变化会影响系统的输出电压和ZVS(零电压开通)的实现。传统的WPT系统通常使用额外的DC/DC转换器来维持额定输出电压，但这会增加系统的复杂性和成本。如果系统采用移相的方法，这将增加ZVS的实现难度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法。本专利技术可以使WPT系统在参数变化时仍能实现ZVS并达到额定功率，具有实现难度低，成本低的优点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法，包括如下步骤：
[0005]a、构建WPT系统的电路模型，对电路模型的副边参数进行效率优化，以确定副边参数中的电容C2和电感L2的关系；
[0006]b、根据电路模型的原边参数的输入阻抗，确定原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系；
[0007]c、采用PDM来调节WPT系统输出功率，确定输出功率随C1和C2变化的规律；
[0008]d、由输出功率确定WPT系统的原边参数，以实现WPT系统的ZVS。
[0009]上述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，所述副边参数中的电容C2和电感L2的关系如下：
[0010]ωL2＝1/ωC2；
[0011]式中：ω为WPT系统的工作频率。
[0012]前述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，所述原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系如下：
[0013][0014]式中：ω为WPT系统的工作频率；L1为原边电感；t为为与功率因数相关的物理量；Q1为原边线圈的品质因数；k为耦合系数；R
s
为副边电阻；R为等效电阻；X2＝ωL2‑
1/ωC2。
[0015]前述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，在WPT系统的工作
频率ω下，电容C2的值为C
2r
时与副边电感L2发生共振，电容C2在C
2r
‑
C
2Δ
和C
2r
+C
2Δ
之间变化，电容C1的值为C
1r
时与原边电感L1发生共振，电容C1在C
1r
‑
C
1Δ
和C
1r
+C
1Δ
之间变化，C
1r
‑
C
1Δ
、C
1r
+C
1Δ
、C
2r
‑
C
2Δ
和C
2r
+C
2Δ
所围成的矩形为容C1和电容C2的变化范围，矩形左上角的点是整个矩形范围内最小的输出功率点；
[0016]所述WPT系统输出功率表示如下：
[0017][0018]式中：P
out
为输出功率；ω为WPT系统的工作频率，M为电感之间的互感；V
in
为输入电压；R为等效电阻；R
p
为原边电阻；R
s
为副边电阻；X1＝ωL1‑
1/ωC1；X2＝ωL2‑
1/ωC2；
[0019]利用输出功率P
out
分别对C1和C2求偏导，得到输出功率随C1和C2变化的规律：
[0020][0021][0022]对于矩形左上角的输出功率点输出功率下所示：
[0023][0024]简化为：
[0025][0026]式中：
[0027][0028]p表示电容C1和电容C2允许变化的百分比；
[0029]上式为关于k的函数，函数除以WPT系统额定功率的最小值得到WPT系统的原边参数中的电感L1，得到电感L1后根据公式计算电容C1，公式为：
[0030][0031]与现有技术相比，本专利技术通过构建WPT系统的电路模型，对电路模型的副边参数进行效率优化，以确定副边参数中的电容C2和电感L2的关系；然后根据电路模型的原边参数的输入阻抗，确定原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系；再采用PDM来调节WPT系统输出功率，确定输出功率随C1和C2变化的规律；最后由输出功率确定WPT系统的原边参数，以实现WPT系统的ZVS。本专利技术的通过设定了谐振电容和耦合系数对系统效率、功率和功率因数的影响关系，以此关系进行原边参数的设计，以此可以在三组参数同时变化时，WPT系统仍能实现ZVS并达到额定功率，并且相比采用传统谐振设计方法具有实现难度低，成本低的优点。
附图说明
[0032]图1为两线圈WPT系统的电路模型示意图；
[0033]图2是t的示意图；
[0034]图3为C1关于C2的曲线簇；
[0035]图4为C1和C2的波动范围矩阵示意图；
[0036]图5是C1和C2的变化范围示意图；
[0037]图6是C1随k变化的趋势图；
[0038]图7是带有PDM和PI调制的无线输能示意图；
[0039]图8为密度为0.7时的v1和i
i
的示意图；
[0040]图9为对照组的ZPA平面示意图；
[0041]图10为实验测量数据示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
[0043]实施例：一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法，包括如下步骤：
[0044]a、构建WPT系统的电路模型，对电路模型的副边参数进行效率优化，以确定副边参数中的电容C2和电感L2的关系；如图1所示为具有SS拓扑的双线圈WPT系统(简称系统)的电路模型，其中磁芯、屏蔽层、逆变器和整流桥的损耗可以忽略不计，系统的效率方程为
[0045][0046]式中：η为WPT系统的效率；ω为WPT系统的工作频率；M为电感之间的互感；R为等效电阻；R
p
为原边电阻；R
s
为副边电阻(R
s
由L2的交流寄生电阻和C2的串联等效电阻组成)；L2为副边电感；C2为副边电容；(本实施例中会直接以参数符号以及公式代号进行说明)
[0047]两个线圈的电感对WPT系统效率有影响，如(1)所示。为了使系统尽可能高效，应优化线圈匝数：
[0048][0049]式(2)中，N1代表初级线圈的匝数，N2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法，其特征在于：包括如下步骤：a、构建WPT系统的电路模型，对电路模型的副边参数进行效率优化，以确定副边参数中的电容C2和电感L2的关系；b、根据电路模型的原边参数的输入阻抗，确定原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系；c、采用PDM来调节WPT系统输出功率，确定输出功率随电容C1和电容C2变化的规律；d、由输出功率确定WPT系统的原边参数，以实现WPT系统的ZVS。2.根据权利要求1所述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，其特征在于：所述副边参数中的电容C2和电感L2的关系如下：ωL2＝1/ωC2；式中：ω为WPT系统的工作频率。3.根据权利要求1所述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，其特征在于：所述原边参数中电容C1与副边参数中的电容C2的关系如下：式中：ω为WPT系统的工作频率；L1为原边电感；t为与功率因数相关的物理量；Q1为原边线圈的品质因数；k为耦合系数；R
s
为副边电阻；R为等效电阻；X2＝ωL2‑
1/ωC2。4.根据权利要求3所述的利用PDM应对参数变化以实现WPT系统ZVS的方法的方法，其特征在于：在WPT系统的工作频率ω下，电容C2的值为C
2r
时与副边电感L2发生共振，电容C2在C
2r
‑
C
2Δ
和C
2r
+C
2Δ
之间变化；电容C1的值为C...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟文兴，刘银超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：