获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种获取LCC

【技术实现步骤摘要】
获取LCC
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S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及感应式无线电能传输
，更具体地，涉及一种获取LCC
‑
S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]感应式无线电能传输（Inductive Wireless Power Transfer, IPT）技术基于“电
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磁
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电”的能量转换，通过交变的高频电磁场实现了电能的无线传输，具有无电气接触、安全可靠、易于实现，普适性强等优势，因此在电动汽车充电、便携电子设备充电、矿井及水下航行器等领域得到了广泛应用。一个典型的IPT系统如图1所示，逆变器将直流供电转换成高频交流电，基于原副边线圈的耦合机制，进行能量的无线传输，再通过整流滤波将电能供给至负载，为了实现能量的高效传递，原副边线圈均会与谐振补偿网络相连接。
[0003]在IPT系统的实际应用中，需要整流器和滤波电容将高频交流电转换为直流电，为电池负载充电。由于二极管具有结构简单、稳定性高、无需额外控制等优势，IPT系统通常采用全桥不控整流电路，大多数文献在研究IPT系统抗偏移特性、系统优化设计、阻抗匹配、软开关运行、参数辨识等问题时，都将整流电路及后端的负载等效为一个纯电阻，一般使用系数8/π2建立系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的关系。
[0004]然而在高频范围内，二极管的寄生参数变得明显，使得二极管不再是理想开关，也就是整流器及后端电路中不仅仅包含电阻成分，不控整流电路的等效输入阻抗还会受到电路其他参数的影响，因此如果只将其等效为纯电阻考虑，会降低系统模型的精确度。
[0005]实际上，IPT系统的整流器等效输入阻抗中是包含电感成分的。现有技术指出整流器等效输入阻抗能够表示为一个等效电阻与一个等效电感串联组成的电路，并且以双边LCC拓扑结构为基础，利用接收端并联补偿电容上的电压、整流器输入电流和输入电压的关系，推导了系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的量化关系。但对于副边侧的串联的拓扑结构，由于整流器前端没有并联补偿电容，使得推导的系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的量化关系无法沿用。因此，目前还没有一种通用的方法来分析计算整流器的等效输入阻抗。
[0006]目前针对IPT系统的四种低阶补偿拓扑的研究较为成熟，但由于低阶补偿拓扑存在电路灵敏度过高、输入输出增益不可调节等缺点，各种性能更优的复合型补偿网络拓扑结构相继被提出。其中，LCC
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S型拓扑可通过谐振参数配置实现一次侧恒流、二次侧恒压的输出特性，具有易于实现阻抗匹配、易于实现软开关特性、元件电压电流应力较低等优点，并且其二次侧恒压的特性十分契合电池充电的一般性要求。
[0007]然而，目前还没有一种通用的方法来分析计算LCC
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S型IPT系统整流器的等效输入阻抗，因此，如何通过一种通用的方法来分析计算LCC
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S型IPT系统整流器的等效输入阻抗进而提高LCC
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S型IPT系统模型的精确度是个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种获取LCC
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S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质，用以提供一种全新的通用的方法来分析计算LCC
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S型IPT系统整流器的等效输入阻抗进而提高LCC
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S型IPT系统模型的精确度。
[0009]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种获取LCC
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S型IPT系统整流器等效负载的方法，包括：构建包括串联的整流器等效输入电阻和整流器等效输入电感的LCC
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S型IPT系统电路模型；基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式；基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数；通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位，通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位；基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。
[0010]进一步地，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式包括：基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，获取整流器输入电压的时域表达式；整流器输入电压的时域表达式具体包括：其中，u
rec
表示整流器输入电压，U
b
表示u
rec
的幅值，θ表示角度变量。
[0011]进一步地，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式还包括：通过基尔霍夫电压定律列写副边侧的回路电压方程，进一步得到整流器输入电流关于角度变量的二阶微分方程；求解所述二阶微分方程，获取整流器输入电流的时域表达式；整流器输入电流的时域表达式具体包括：
其中，；i
rec
表示整流器输入电流，C
s
表示二次侧串联补偿电容，L
s
表示接收线圈电感，ω表示系统工作角频率，I
b
表示系统充电电流，U
m
表示变压器受控电压源的幅值，θ
d
表示变压器受控电压源与整流器输入电压的相位差。
[0012]进一步地，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数包括：基于整流器输入电压的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电压的频域表达式，进而获取整流器输入电压的基波傅里叶系数；具体公式包括：其中，c1和d1表示整流器输入电压的基波傅里叶系数。
[0013]进一步地，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数还包括：基于整流器输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电流的频域表达式，进而获取整流器输入电流的基波傅里叶系数；具体公式包括：其中，和b1表示整流器输入电流的基波傅里叶系数。
[0014]进一步地，所述通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基
波幅值与相位的公式包括：其中，表示整流器输入电压的基波幅值，θ
u
表示整流器输入电压的相位。
[0015]进一步地，所述通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位的公式包括：其中，表示整流器输入电流的基波幅值，θ
i
表示整流器输入电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取LCC
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S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，包括：构建包括串联的整流器等效输入电阻和整流器等效输入电感的LCC
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S型IPT系统电路模型；基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式，具体包括通过基尔霍夫电压定律列写副边侧的回路电压方程，进一步得到整流器输入电流关于角度变量的二阶微分方程；求解所述二阶微分方程，获取整流器输入电流的时域表达式；整流器输入电流的时域表达式具体包括：；其中，；i
rec
表示整流器输入电流，C
s
表示二次侧串联补偿电容，L
s
表示接收线圈电感，ω表示系统工作角频率，I
b
表示系统充电电流，U
m
表示变压器受控电压源的幅值，θ
d
表示变压器受控电压源与整流器输入电压的相位差，U
b
表示整流器输入电压的幅值，θ表示角度变量；基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数；通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位，通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位；基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。2.如权利要求1所述的获取LCC
‑
S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式，还包括：基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，获取整流器输入电压的时域表达式；
整流器输入电压的时域表达式具体包括：；其中，u
rec
表示整流器输入电压，U
b
表示u
rec
的幅值，θ表示角度变量。3.如权利要求2所述的获取LCC
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S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈昊旻，汪小娜，孙盼，王蕾，梁彦，王乐宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：