用于LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法技术方案

本发明专利技术的一种用于LCC/LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法，涉及的无线充电系统的拓扑包括原边直流电压源、逆变器、补偿谐振电路、整流桥、滤波电路和副边直流电压源；本发明专利技术控制方法包括对负载输出电流的采样以及对原副边内移相角和外移相的控制。本发明专利技术在不改变全桥结构的基础上，提出了一种双向无线电能传输系统半桥调制策略方案，该策略在1/4满载输出时以双边半桥满占空比进行功率调节，在实现软开关的同时，可显著减小原副边的相对外移相角，从而有效提高系统的功率因数和运行效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
用于LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车无线充电
，具体涉及一种用于LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电动汽车的发展，无线充电技术由于其安全性和便利性的优点，得到广泛关注。考虑到无线充电系统的谐振特性以及高阶拓扑对调频控制的非单调变化，移相控制方案得到普遍研究。但是在轻载工况下，为实现软开关，外移相角会随着输出功率的降低而不断变大，通态损耗增加，系统效率较低。轻载条件下实现软开关的同时让通态损耗降低是双向无线充电系统效率优化的关键问题。
[0003]文献M.Jiang,C.Chen,S.Jia,et al.An Asymmetrical Pulse Width Modulation with Even Harmonic for Bidirectional Inductive Power Transfer under Light Load Conditions[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2021.针对SS系统在轻载工况下利用系统的奇次或偶次谐波，采用非对称调制方法，实现宽范围软开关，同时提高了系统的效率。但是双LCC系统的输入输出电流波形往往呈现出双峰波特性，非对称调制策略下无法确保开关工作在ZVS状态，因此该策略难以应用于高阶谐振系统中。
[0004]文献Y.Li,J.Hu,F.Chen,et al.Dual
‑
Phase<br/>‑
Shift Control Scheme With Current
‑
Stress and Efficiency Optimization for Wireless Power Transfer Systems[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Regular Papers,2018,65(9):3110
‑
3121.采用双重移相调制策略，通过调整原边与副边全桥的内移相角，改变传输功率大小，同时双边调制能够降低电流应力，提高系统的传输效率，但是该方案实现软开关的能力有限。
[0005]文献X.Zhang,T.Cai,S Duan,et al.A Control Strategy for Efficiency Optimization and Wide ZVS Operation Range in Bidirectional Inductive Power Transfer System[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2019,66(8):5958
‑
5969.在双重移相的基础上提出了三重移相调制策略，增加了原副边电压之间的外移相角这一自由度，实现了系统的宽范围ZVS，但是当系统传输功率降低时，外移相角不断增大导致通态损耗增大，系统效率较低，因此轻载工况下的效率提高有待进一步研究。
[0006]专利技术专利《一种无线充电效率优化方法以及装置》(申请号：CN202010362605.0)提出的效率优化方法忽略了当输出功率降低时，外移相角较大导致通态损耗较大的问题，轻载情况下效率较低，优化方法不适用于轻载工况。
[0007]文献X.Zhu,X.Zhao,Y.Li,et al.High
‑
Efficiency WPT System for CC/CV Charging Based on Double
‑
Half
‑
Bridge Inverter Topology With Variable Inductors[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2022,37(2):2437
‑
2448.对半桥调制策略进行了研究，通过在输入端增加可调电感器调整感值，改变输出功率的同时，使系统呈现感性来实现ZVS，但此方案结构复杂、成本较高。
[0008]综上所述，现有的无线充电系统控制技术仍然存在如下问题：
[0009]1、通过调频实现宽范围软开关不适用于高阶拓扑。
[0010]2、双重移相调制策略难以实现软开关导致效率较低。
[0011]3、全桥三重移相调制策略在轻载条件下实现软开关会有较大的通态损耗导致效率偏低；
[0012]4、通过加入可调电感器实现软开关结构复杂、成本较高。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是提供一种用于LCC/LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法，本专利技术要解决的技术问题为双向无线充电系统轻载效率优化，本专利技术在不改变全桥结构的基础上，提出了一种双向无线电能传输系统半桥调制策略方案，实现对无线充电系统的优化运行。
[0014]本专利技术的技术方案：
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术在不改变全桥结构的基础上，提出了一种双向无线电能传输系统半桥调制策略方案，该策略在1/4满载输出时以双边半桥满占空比进行功率调节，在实现软开关的同时，可显著减小原副边的相对外移相角，从而有效提高系统的功率因数和运行效率。
[0016]本专利技术具有以下优势：
[0017]1、不需要额外的变频操作；
[0018]2、采用三重移相调制策略实现宽范围软开关；
[0019]3、轻载条件下，利用半桥调制策略实现效率提升；
[0020]4、不需要增加或改动任何硬件，即可实现在轻载条件下的效率优化。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所涉及的无线充电系统拓扑图；
[0022]图2为本专利技术实施例中输入输出电压与电流波形图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图及实施例对本专利技术嵌套双臂平面螺旋天线的结构及其效果做进一步说明。
[0024]本专利技术公开的是一种LCC/LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法。针对基于全桥拓扑的双向LCC无线充电系统三移相调制策略在轻载工况下为了保证开关器件零电压导通，系统的功率因数和效率下降严重的问题，本专利技术在不改变全桥结构的基础上，提出了一种双向无线电能传输系统半桥调制策略方案，该策略在1/4满载输出时以双边半桥满占空比进行功率调节，在实现软开关的同时，可显著减小原副边的相对外移相角，从而有效提高系统的功率因数和运行效率。
[0025]具体的，一种用于LCC/LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法，本专利技术方法涉及的无线充电系统的拓扑包括原边直流电压源、逆变器、补偿谐振电路、整流桥、滤波电路和副边直流电压源；所述原边直流电压源的母线总电压为U
i
；所述副边直流电压源的母
线总电压为U
o
；所述逆变器由四个开关管组成全桥结构，四个开关管分别记为S
P1
、S
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法，其特征在于，所述的无线充电系统的拓扑包括原边直流电压源、逆变器、补偿谐振电路、整流桥、滤波电路和副边直流电压源；所述原边直流电压源的母线总电压为U
i
；所述副边直流电压源的母线总电压为U
o
；所述逆变器由四个开关管组成全桥结构，四个开关管分别记为S
P1
、S
P2
、S
P3
和S
P4
，其中S
P1
和S
P2
构成逆变器的超前桥臂，S
P3
和S
P4
构成逆变器的滞后桥臂；所述整流桥由四个开关管组成全桥结构，四个开关管分别记为S
S1
、S
S2
、S
S3
和S
S4
，其中S
S1
和S
S2
构成整流桥的超前桥臂，S
S3
和S
S4
构成整流桥的滞后桥臂；所述补偿谐振电路包括原边补偿谐振电路和副边补偿谐振电路，其中原边补偿谐振电路由原边串联补偿电容C1与发射线圈L1组成的串联支路与谐振电容C
f1
并联后与补偿电感L
f1
串联组成，补偿电感L
f1
的寄生电阻记为R
Lf1
，发射线圈L1的寄生电阻记为R
L1
；副边补偿谐振电路由副边串联补偿电容C 2
与接收线圈L 2
组成的串联支路与谐振电容C
f2
并联后与补偿电感L
f2
串联组成，补偿电感L
f2
的寄生电阻记为R
Lf2
，发射线圈L 2
的寄生电阻记为R
L2
；所述滤波电路由滤波电容C0组成；所述直流电压源正极连接逆变器输入端正极，直流电压源负极连接逆变器输入端负极，逆变器输出端接补偿谐振电路输入侧；所述的方法包括对负载输出电流的采样以及对原副边内移相角和外移相的控制。2.根据权利要求1所述的一种用于LCC型双向无线充电系统轻载效率优化的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、当系统运行于1/4负载及以下时，原边四个驱动信号，即逆变器开关管S
P1
的驱动信号Q
P1
、逆变器开关管S
P2
的驱动信号Q
P2
、逆变器开关管S
P3
的驱动信号Q
P3
和逆变器开关管S
P4
的驱动信号Q
P4
，开关频率记为f，其中，驱动信号Q
P3
始终为低电平，驱动信号Q
P4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：范政，杨金涛，何立灿，
申请(专利权)人：合肥博鳌电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：