基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR-WPT设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR

【技术实现步骤摘要】
基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法


[0001]本专利技术涉及一种设计方法，尤其是一种基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法。

技术介绍

[0002]相比于传统有线电力的传输方式，无线电能传输技术的优势不言而喻，这种技术既方便又安全，人们一直希望能够摆脱对于有线电能传输方式的依赖。因此，无线电能传输技术的研究越来越深入，并且越来越多地被应用于现代社会的实际应用中，例如医学设备、电子设备、交通工具等领域。
[0003]当前WPT(Wireless Power Transmission)技术日益普及，用户侧的设备需求也呈现出不同频率、功率等复杂多样的特点。基于无线充电联盟(WPC)提出Qi充电标准的紧耦合感应技术以及基于AirFuel组织的松散耦合磁谐振技术，已经被逐渐应用于多接收机WPT系统中，可以满足对于不同充电标准的负载设备供电需求。
[0004]根据接收机各自的谐振频率是否相同，多接收机WPT系统可分为单频多接收WPT系统和多频多接收WPT系统。多频多接收WPT系统已经逐渐成为目前多负载WPT系统研究的重点，该系统具有不同谐振频率的接收机；同时，发射机将与接收机谐振频率相同的频率混合输出，实现每个接收机与发射侧电源建立独立的功率传输通道的效果。
[0005]通过多频多接收WPT系统，可在发射侧就实现不同负载上的功率分配，即调节发射端相应频率的功率，也有助于减少接收线圈间的交叉耦合影响。现有多频多接收MCR
‑
WPT(Magnetically Coupled Resonant Wireless Power Transfer，磁耦合谐振式无线电能传输)系统设计大部分采用多逆变器耦合至发射侧，体积与成本代价较大。
[0006]因此，设计体积小、成本低且不增加损耗的多频多负载MCR
‑
WPT是目前急需解决的技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其所设计的多频多负载MCR
‑
WPT，能够在单逆变器的基础上，实现多频多通道功率独立传输，工作在ZCS状态，能有效降低成本与损耗。
[0008]按照本专利技术提供的技术方案，所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，
[0009]构建一所需的多频多负载MCR
‑
WPT系统，其中，所述多频多负载MCR
‑
WPT系统包括发射基于MFMA叠加调制混频信号的发射侧以及用于接收发射侧发射混频信号的接收侧，所述发射侧包括单逆变器以及一与所述单逆变器适配连接的发射回路，所述发射回路包括LCL补偿拓扑网络；所述接收侧包括n路相互独立的接收机，接收侧内的任一接收机耦合接收混频信号内与所述接收机谐振频率匹配的基频信号，以给连接至所述接收机的负载提供直流功率；
[0010]确定多频多负载MCR
‑
WPT系统的零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率，以根据所确定的零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率构建适应度函数；
[0011]基于上述构建的适应度函数，寻优确定发射回路内LCL补偿拓扑网络的补偿网络参数，以在基于所确定补偿网络参数的发射回路下工作时，配置所述多频多负载MCR
‑
WPT系统处于ZCS状态。
[0012]所述单逆变器为基于氮化镓场效应管构建得到的逆变器；
[0013]发射回路包括n
‑
2路LC谐振回路以及一LCL基本补偿网络，所述发射回路内的LC谐振回路依次适配连接，所述基本补偿网络包括发射线圈L
p
；
[0014]将n个待调制基频信号基于MFMA叠加调制的混频信号发射输出时，n个接收机的谐振频率与MFMA叠加调制n个基频信号的频率呈一一对应。
[0015]n个基频信号的频率完全不同，且任一基频信号的幅值独立可调。
[0016]采用基波分析法确定所述多频多负载MCR
‑
WPT系统的电路模型矩阵，并根据所确定的电路模型矩阵得到总反射阻抗频率特性曲线，其中，对所得到的总反射阻抗频率特性曲线，利用图解法得到所述多频多负载MCR
‑
WPT系统的零相位工作频率。
[0017]对任一接收机，包括耦合电感线圈以及不可控整流器，耦合电感线圈的两端分别通过一接收机回路导线电阻、一接收调谐电容与所述不可控整流器适配连接，以通过所述不可控整流器与负载适配连接，以给所述负载提供所需的直流功率。
[0018]确定的系统基本参数包括接收机的期望谐振频率f
ei
(i＝1,2,...,n)、发射线圈L
p
的电感、接收线圈L
si
的电感(i＝1,2,...,n)、发射线圈L
p
与各耦合电感线圈L
si
间互感M
psi
(i＝1,2,...,n)、接收机负载R
Li
(i＝1,2,...,n)以及接收调谐电容C
si
(i＝1,2,...,n)。
[0019]根据零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率构建适应度函数为：
[0020][0021]其中，Fitness为所构建的适应度函数，f
ei
表示第i个接收机的期望谐振频率，f
si
为系统第i个实际谐振频率，即系统第i个零相位工作频率，I
si
为第i个接收机的负载电流，I
sj
为第j个接收机负载电流，k
si
为系统输入阻抗角频率特性曲线在第i个实际谐振频率点处的导数，k
sj
为系统输入阻抗角频率特性曲线在第j个实际谐振频率点处的导数，W1为谐振频率的寻优权重系数、W2为负载电流的寻优权重系数与W3为谐振点系统输入阻抗角频率特性曲线导数的权重系数。
[0022]对构建的适应度函数，基于PSO方法寻优确定发射回路内LCL补偿拓扑网络的补偿网络参数，其中，确定补偿网络参数的过程包括如下步骤：
[0023]步骤1、将发射回路内的发射谐振电感配置为电感粒子，将发射回路内的发射谐振电容配置为电容粒子，并确定第i个电感粒子L
fi
以及第i个电容粒子C
fi
相应的取值范围与运动速度范围，其中，i＝1,2,...,n
‑
1；
[0024]步骤2、随机初始化电感粒子L
fi
以及电容粒子C
fi
；
[0025]步骤3、根据上述随机初始化后的电感粒子L
fi
以及电容粒子C
fi
，确定适应度函数的值，更新电感粒子L
fi
、电容粒子C<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是：构建一所需的多频多负载MCR
‑
WPT系统，其中，所述多频多负载MCR
‑
WPT系统包括发射基于MFMA叠加调制混频信号的发射侧以及用于接收发射侧发射混频信号的接收侧，所述发射侧包括单逆变器以及一与所述单逆变器适配连接的发射回路，所述发射回路包括LCL补偿拓扑网络；所述接收侧包括n路相互独立的接收机，接收侧内的任一接收机耦合接收混频信号内与所述接收机谐振频率匹配的基频信号，以给连接至所述接收机的负载提供直流功率；确定多频多负载MCR
‑
WPT系统的零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率，以根据所确定的零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率构建适应度函数；基于上述构建的适应度函数，寻优确定发射回路内LCL补偿拓扑网络的补偿网络参数，以在基于所确定补偿网络参数的发射回路下工作时，配置所述多频多负载MCR
‑
WPT系统处于ZCS状态。2.根据权利要求1所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是：所述单逆变器为基于氮化镓场效应管构建得到的逆变器；发射回路包括n
‑
2路LC谐振回路以及一LCL基本补偿网络，所述发射回路内的LC谐振回路依次适配连接，所述基本补偿网络包括发射线圈L
p
；将n个待调制基频信号基于MFMA叠加调制的混频信号发射输出时，n个接收机的谐振频率与MFMA叠加调制n个基频信号的频率呈一一对应。3.根据权利要求1所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是：n个基频信号的频率完全不同，且任一基频信号的幅值独立可调。4.根据权利要求1所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是：采用基波分析法确定所述多频多负载MCR
‑
WPT系统的电路模型矩阵，并根据所确定的电路模型矩阵得到总反射阻抗频率特性曲线，其中，对所得到的总反射阻抗频率特性曲线，利用图解法得到所述多频多负载MCR
‑
WPT系统的零相位工作频率。5.根据权利要求4所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是：对任一接收机，包括耦合电感线圈以及不可控整流器，耦合电感线圈的两端分别通过一接收机回路导线电阻、一接收调谐电容与所述不可控整流器适配连接，以通过所述不可控整流器与负载适配连接，以给所述负载提供所需的直流功率。6.根据权利要求5所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是，确定的系统基本参数包括接收机的期望谐振频率f
ei
(i＝1,2,...,n)、发射线圈L
p
的电感、接收线圈L
si
的电感(i＝1,2,...,n)、发射线圈L
p
与各耦合电感线圈L
si
间互感M
psi
(i＝1,2,...,n)、接收机负载R
Li
(i＝1,2,...,n)以及接收调谐电容C
si
(i＝1,2,...,n)。7.根据权利要求6所述基于MFMA叠加调制的多频多负载MCR
‑
WPT设计方法，其特征是，根据零相位工作频率、系统基本参数以及目标工作频率构建适应度函数为：其中，Fitness为所构建的适应度函数，f
ei
表示第i个接收机的期望谐振频率，f
si
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈艳霞，夏锦涛，瞿俞楠，赵芝璞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：