无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法及系统，通过调节半有源整流器移相角θ2和高频逆变器移相角θ1同时实现了恒压输出和最大效率跟踪，不断调节θ1，θ2，当等于σ/M代表匹配到最优负载点。本发明专利技术的实现过程简单，计算量小，无需复杂的电路，也无需借助复杂的矩阵实现相关计算，在提高无线电能传输系统的传输效率的同时，实现了无线电能传输系统的恒压输出。输出。输出。

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别是一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法及系统。

技术介绍

[0002]无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)系统因为灵活、可靠、安全的特点被广泛应用于电动汽车、植入医疗设备、电子设备等领域中。对于WPT系统而言，效率是一个极其重要的指标，效率的高低决定着WPT技术的发展前景。最大效率跟踪策略是一种有效提高效率的方法，其基本思想就是通过控制使系统的等效负载电阻一直匹配最优值，使WPT系统可以一直运行在最大效率状态，从而提高系统的整体的效率。近年来，使用DC
‑
DC变换器和脉冲密度调制有源整流器来实现阻抗匹配的最大效率跟踪方法，提高了系统的传输效率，但无法实现系统恒压输出。此外，WPT系统是一个松耦合的系统，当发射线圈和接收线圈之间存在偏移时，互感和耦合系数将改变，进而直接影响效率。
[0003]传统最大效率跟踪方法大多采用无源阻抗网络或负载调制。负载调制是接收侧上的DC
‑
DC变换器用于调节输出电压，发射侧通过动态搜索给定近似恒定输出功率的最小输入功率来实现最大效率跟踪控制，计算过程复杂。无源阻抗网络利用电感、电容以及半导体开关和相应的驱动电路构成的复杂而笨重的矩阵，这无疑增加了WPT系统的尺寸和成本以及控制的复杂性，而DC
‑
DC变换器也存在同样的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法及系统，无需繁琐的计算，降低控制复杂性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法，无线电能传输系统包括依次连接的高频逆变电路、谐振电路和半有源整流电路；所述谐振电路包括发射线圈和与所述发射线圈耦合的接收线圈；该方法包括以下步骤：
[0006]S1、确定无线电能传输系统输入直流电压U
dc
；设置高频逆变电路的初始相移角θ
1(0)
＝π，调整接收侧半有源整流器的相移角θ2，使输出直流电压达到预设的恒定电压值U
B
，记录当前时刻的相移角θ
1(0)
和θ
2(0)
；θ
2(0)
为当前时刻，即0时刻接收侧半有源整流器的相移角；
[0007]S2、在t时刻，θ
1(t)
＝θ
1(t
‑
1)
‑
Δθ1，记录相移角θ
2(t)
；θ
1(t)
为t时刻高频逆变电路的移相角，θ
2(t)
为t时刻接收侧半有源整流器的移相角；Δθ1是相邻两个时刻高频逆变电路的移相角的调整量；其中，t＞1；
[0008]S3、判断是否等于若是，则结束；否则，t的值加1，返回步骤S2；其中，Y＝sinθ
1(t)
/2，X＝sinθ
2(t)
/2；表示Y在t时刻的一阶导；是允许误差。
[0009]本专利技术中无需繁琐的计算来实时评估耦合系数，也不需要在变换器上设置昂贵的
电流传感器，可以在电动汽车，智能手机，医疗等领域广泛应用，通过调节半有源整流器移相角θ2和高频逆变器移相角θ1同时实现了恒压输出和最大效率跟踪，不断调节θ1，θ2，当等于σ/M代表匹配到最优负载点。本专利技术的实现过程简单，计算量小，无需复杂的电路，也无需借助复杂的矩阵实现相关计算，在提高无线电能传输系统的传输效率的同时，实现了无线电能传输系统的恒压输出。
[0010]本专利技术中，当无线电能传输系统传输效率达到最大值时，其中，M为发射线圈和接收线圈谐振的互感，σ＝U
B
L1/U
dc
，L1是发射线圈的补偿电感，M与无线电能传输系统的最大传输效率η
max
之间的关系为：
[0011][0012]其中，R
P
是发射线圈的寄生电阻，ω为线电能传输系统角频率。
[0013]本专利技术中，高频逆变电路的移相角θ1和接收侧半有源整流器的相移角θ2之间的关系式为：R
S
是接收线圈的寄生电阻，L1是发射线圈的补偿电感，R
B
是半有源整流电路电池充电电阻。
[0014]本专利技术中，Y在任一时刻的一阶导
[0015]本专利技术中，当输出直流电压达到预设的恒定电压值U
B
时，无线电能传输系统的电压增益G
UU
为：其中，U1为高频逆变电路的输出电压，L1是发射线圈的补偿电感，M为发射线圈和接收线圈谐振的互感。
[0016]本专利技术高频逆变电路的输出电压U1为：θ1为高频逆变电路的移相角。
[0017]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现本专利技术上述无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法的步骤。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术无需繁琐的计算来实时评估耦合系数，也不需要变换器上昂贵的电流传感器，可以在电动汽车，智能手机，医疗等领域广泛应用；本专利技术的方法计算过程简单，在实现无线电能传输系统最大效率跟踪的同时，实现了无线电能传输系统恒压输出。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例LCC
‑
S补偿拓扑WPT系统结构图；
[0020]图2为本专利技术实施例LCC
‑
S补偿拓扑等效电路结构图；
[0021]图3为本专利技术实施例无线电能传输系统控制框图；
[0022]图4为本专利技术实施例最大效率跟踪控制方法流程图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中2的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法，无线电能传输系统包括依次连接的高频逆变电路、谐振电路和半有源整流电路；所述谐振电路包括发射线圈和与所述发射线圈耦合的接收线圈；其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、确定无线电能传输系统输入直流电压U
dc
；设置高频逆变电路的初始相移角θ
1(0)
＝π，调整接收侧半有源整流器的相移角θ2，使输出直流电压达到预设的恒定电压值U
B
，记录当前时刻的相移角θ
1(0)
和θ
2(0)
；θ
2(0)
为当前时刻，即0时刻接收侧半有源整流器的相移角；S2、在t时刻，θ
1(t)
＝θ
1(t
‑
1)
‑
Δθ1，记录相移角θ
2(t)
；θ
1(t)
为t时刻高频逆变电路的移相角，θ
2(t)
为t时刻接收侧半有源整流器的移相角；Δθ1是相邻两个时刻高频逆变电路的移相角的调整量；其中，t＞1；S3、判断是否等于若是，则结束；否则，t的值加1，返回步骤S2；其中，Y＝sinθ
1(t)
/2，X＝sinθ
2(t)
/2；表示Y在t时刻的一阶导；是允许误差。2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统最大效率跟踪控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕东，谢佳伟，罗聪，谢志为，屈思卓，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：