[发明专利]一种动态无线充电系统效率优化方法

权利要求书

1.一种动态无线充电系统效率优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据动态情况下无线充电系统效率与互感、负载的关系推导最大效率点对应的最优等效负载，进而得出系统的最优输出、输入电压比，以及最优输出电压的表达式；

步骤2：利用步骤1中得到的最优输出电压作为电压参考值V_ref，对比V_ref与实际输出电压V₀，将两者的差值输入到PI控制器，输出副边电流的参考值，使之与实际副边电流i₂的差值经过PI控制器得到计算的脉冲密度d；

步骤3：根据步骤2得到的d进行模式选择：模式Ⅰ为半控整流桥的有源整流模式，输出波形为方波；模式Ⅱ和Ⅲ为过渡模式，输出波形为正方波；模式Ⅳ为短路模式，输出波形为低电平0，再根据相应的算法处理d得到脉冲密度调制的脉冲密度d₁；

步骤4：副边电流i₂经过同步信号发生器生成电流的同步信号；

步骤5：将步骤3得到的d₁和步骤4得到的同步信号输入脉冲密度调制PDM模块，得到密度可调的调制波形，再经过逻辑关系的处理得到驱动信号作用于半控整流桥，实现稳压；

无线充电系统包括发送部分和接收部分；发送部分包括直流电源、开关管S₁～S₄构成的高频逆变器、发射线圈的寄生电阻R₁、自感为L₁的发射线圈；接收部分包括自感为L₂的接收线圈、接收线圈的寄生电阻R₂、二极管D₁～D₄和开关管S₅、S₆构成的半控整流桥、滤波电容C_f和电池负载R_L，发送部分和接收部分通过交变磁场传递能量，L₁、C₁和L₂、C₂构成磁耦合谐振机构传递能量；所述的高频逆变器的输入端连接至直流电源的输出端，发射端补偿电容C₁、发射线圈的寄生电阻R₁和发射线圈的寄生电阻的输入端连接至所述的高频逆变器的输出端，所述的发射线圈和所述的接收线圈对称放置，接收端补偿电容C₂、接收线圈的寄生电阻R₂的输出端连接至所述的半控整流桥的输入端，所述的滤波电容C_f和电池负载R_L接至所述的半控整流桥的输出端；

步骤3中，在脉冲密度调制下系统中半控整流桥的四种工作模式为：

模式Ⅰ：前半周期S₆和D₁导通，S₅关断，正向副边电流i₂由D₁流向滤波电容和负载，再由S₆流回；后半周期S₅和D₃导通，S₆关断，反向副边电流i₂由D₃流向滤波电容和负载，再由S₅流回，i₂为C_f充电且向负载R_L传递能量；

模式Ⅱ：S₆导通，S₅关断，在前半个周期，正向副边电流i₂由D₁流向S₆从而给负载传输能量；在后半周期中，反向副边电流i₂由S₆流向D₂，副边短路，能量在谐振回路中以无功的形式交换；

模式Ⅲ：S₆持续导通，前半周期S₅关断，正向副边电流i₂由D₁流向S₆来给负载传输能量；后半周期S₅导通，反向副边电流i₂由S₆流向S₅，副边短路，能量在谐振回路中以无功的形式交换；

模式Ⅳ：S₅和S₆开通，正向副边电流i₂由S₅流向S₆再流回；反向副边电流i₂由S₆流向S₅再流回，副边短路，能量不向负载传递；

所述步骤3中，当0.5＜d≤1时，选择模式Ⅰ和模式Ⅱ组合，此时d₁＝(d-0.5)*2；当0＜d≤0.5时,选择模式Ⅲ和模式Ⅳ组合,此时d₁＝d*2；

所述步骤5中包括，同步信号驱动实现软开关，采用基于ΔΣ的脉冲密度调制方法，能够实现任意实数值的脉冲密度，并且脉冲分布均匀，当模式Ⅰ、Ⅱ组合时，一路驱动信号为脉冲密度调制PDM模块输出调制波形，另一路驱动信号取反；当选择模式Ⅲ、Ⅳ组合时，一路驱动信号为脉冲密度调制PDM模块输出波形，另一路驱动信号持续输出高电平。