【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及一种电力电子变流技术，尤其涉及感应耦合电能量传输应用领域的一种变流器装置及其控制方法。
技术介绍
1、感应耦合电能量传输(inductive power transmission，ipt)是一种利用电磁感应进行能量传输的能量传输方式，可广泛地应用在需要初次级之间隔离的能量传输场合，比如电压变换、隔离电流源等应用场景。也适用于无线充电、无线供电以及感应加热等领域，有着很好的应用前景。感应耦合能量传递技术的技术特点是在初级(一次侧)用变流器将低频的电网电能转换为高频电能去驱动发射线圈，发射线圈将高频能量通过磁耦合传递到次级(二次侧)。在无线能量传输应用中，ipt系统在原理上是一个松耦合变压器系统，通过磁耦合链路将能量从一次侧传递到二次侧。由于松耦合变压器系统互感比漏感小得多，因此一次侧与二次侧之间的耦合能力差，导致无功功率高，传输效率低。通常采用在一次侧和二次侧回路中增加谐振补偿网络解决耦合能力差的问题。由于回路中增加了谐振网络，变流器与谐振回路相互耦合强烈，即变流器的工作频率与相位要与谐振网络相一致。由于变流器与谐振间存在强耦合，为了保证变流器中的开关器件的软开关条件，系统开关状态的变化只能在在初级电流过零点处进行，这在很大程度上增加了开关控制策略的难度。
2、ipt系统的实际应用场景较为复杂，是一个变参数系统，如负载变化、线圈不对称、气隙变化等。参数变化会导致谐振网络频率漂移，造成变流器与谐振网络之间失谐，这在很大程度上影响了ipt系统的实际应用。因此众多学者和工程人员都在寻找更好的控制ipt系统
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种变流器装置及其控制方法，对一个ipt系统进行控制，通过构建一个反馈闭环，将系统谐振模态特征作为触发信号，触发系统自激振荡，解决了传统感应耦合能量传输系统存在的控制复杂、频率跟踪困难等问题。
2、本专利技术提出了一种变流器装置，摆脱了传统ipt系统变流器的工作频率与相位要与谐振网络相一致的约束，避免了频率失谐问题，也大大降低了开关控制难度。
3、本专利技术实施例提供一种变流器装置及其控制方法，其中，所述变流器装置包括：变流器，初级单元、次级单元、反馈单元、控制单元；所述变流器包括功率开关、二极管，第一输入端、第二输入端，第一输出端、第二输出端，第一输入端、第二输入端分别连接到直流电源udc正端﹢和负端﹣；所述初级单元包括初级电容cp、初级电感lp、电压传感器与/或电流传感器；所述初级电感通过电磁感应将能量传递到所述次级单元；
4、所述初级电容cp与所述初级电感lp并联后连接到所述变流器第一输出端、第二输出端；所述电压传感器或电流传感器的输出信号送往所述反馈单元，所述反馈单元的输出信号送往所述控制单元，所述控制单元根据所述反馈单元送的信号，产生输出信号控制所述变流器功率开关工作；
5、在所述控制单元控制下，所述变流器分别处于开关导通、阻塞和二极管导通三种工作模态：
6、当所述变流器处于开关导通模态时，通过导通的开关，所述直流电源udc通过第一输入端、第二输入端以及第一输出端、第二输出端连接到所述初级电感lp两端；
7、当所述变流器处于阻塞模态时，所述直流电源udc与所述初级单元隔离；
8、当所述变流器处于二极管导通模态时，通过导通的二极管，所述直流电源udc通过第一输入端、第二输入端以及第一输出端、第二输出端连接到所述初级电感lp两端；；
9、所述变流器、初级单元、反馈单元、控制单元形成闭环，在所述控制器控制下，所述变流器按照阻塞模态、二极管导通模态、开关导通模态的次序周而复始地重复工作。
10、所述反馈单元包括电阻第一分压元件kd1、第二分压元件kd2，比较器a1、输入端vds、输出端vps。
11、所述电压传感器包括第一电阻rs1、第二电阻rs2。
12、所述控制单元包括斜坡信号发生器、比较器a2、输入端vps、输出端vg以及控制信号vr，所述斜波信号发生器的输出信号vram送往所述比较器a2与所述控制信号vr进行比较，比较结果作为输出信号vg。
13、所述斜坡信号发生器包括电容、电阻。
14、所述次级单元包括电压传感器v2与/或i2、信号隔离单元，所述电压传感器、电流传感器输出信号通过所述信号隔离单元传递到所述反馈单元。
15、所述信号隔离单元与所述反馈单元通过电磁耦合或光耦合建立通讯信道。
16、所述一种变流器装置及其控制方法为一个闭环控制方法，其策略为：
17、所述反馈单元接收所述电压与/或电流传感器信号后，萃取出具有所述变流器阻塞模态特征的信号并将其送往所述控制单元；
18、所述控制单元接收到所述变流器阻塞模态特征信号后，将所述变流器阻塞模态特征信号作为同步信号，控制所述变流器控制以阻塞模态、二极管导通模态和开关导通模态的秩序进行自激振荡。
19、所述初级单元、次级单元的参数决定所述阻塞模态和二极管模态维持时间。
20、所述控制信号vr控制所述开关导通模态维持时间。
21、与传统ipt系统不同的是本专利技术提供了一种变流器装置及其控制方法，该方法建立了一个反馈闭环，基于这个反馈闭环，ipt系统中的变流器按照阻塞模态、二极管导通模态、开关导通模态的秩序周而复始的工作，形成一个自振荡系统。由于这三个模态彼此独立，因此在本专利技术所提供的ipt系统中，变流器与谐振网络完全解耦，摆脱了传统ipt系统变流器的工作频率与相位要与谐振网络相一致的苛刻约束，避免了频率失谐问题，也大大降低了开关控制策略的难度。
22、本专利技术一种变流器装置及其控制方法的特点：
23、1)利用所述反馈单元取出所述阻塞模态的特征，由于阻塞模态特征表达了系统参数对频率的影响且与变流器无关，因此被用来跟踪系统的频率变化。
24、2)利用所述控制单元用于控制二极管导通模态和开关导通模态的时长，进一步被用于对输出功率的控制。
25、3)由于阻塞模态特征的提取与二极管导通模态和开关导通模态的时长控制信号的产生彼此独立，因此变流器与谐振网络之间的强耦合就完全被消除。
26、以上特点解决了传统ipt系统在实际应用中频率跟踪难，功率调节难和控制策略难的问题。
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1.一种变流器装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，在所述控制单元控制下，所述变流器分别处于开关导通、阻塞和二极管导通三种工作模态：
3.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述反馈单元包括电阻第一分压元件Kd1、第二分压元件Kd2，比较器A1、输入端vds、输出端vps。
4.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述电压传感器包括第一电阻Rs1、第二电阻Rs2。
5.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述控制单元包括斜坡信号发生器、比较器A2、输入端vps、输出端vg以及控制信号vr，所述斜波信号发生器的输出信号vram送往所述比较器A2与所述控制信号vr进行比较，比较结果作为输出信号vg；所述控制信号vr控制所述开关导通模态维持时间。
6.根据权利要求5所述的一种变流器装置，其特征在于，所述斜坡信号发生器包括电容、电阻。
7.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述次级单元包括电压传感器V2与/或I2、信号隔离单元，
8.根据权利要求7所述的一种变流器装置，其特征在于，所述信号隔离单元与所述反馈单元通过电磁耦合或光耦合建立通讯信道。
9.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述初级单元和次级单元的参数决定所述阻塞模态和二极管模态维持时间。
10.根据权利要求1-9所述的一种变流器装置的控制方法，其特征在于，所述一种变流器装置为一个闭环控制方法，其策略为：
...【技术特征摘要】
1.一种变流器装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，在所述控制单元控制下，所述变流器分别处于开关导通、阻塞和二极管导通三种工作模态：
3.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述反馈单元包括电阻第一分压元件kd1、第二分压元件kd2，比较器a1、输入端vds、输出端vps。
4.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述电压传感器包括第一电阻rs1、第二电阻rs2。
5.根据权利要求1所述的一种变流器装置，其特征在于，所述控制单元包括斜坡信号发生器、比较器a2、输入端vps、输出端vg以及控制信号vr，所述斜波信号发生器的输出信号vram送往所述比较器a2与所述控制信号vr进行比较，比较结果作为输出信号vg；所述...
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