[发明专利]一种动态无线充电系统效率优化方法

说明书

本发明公开了一种动态无线充电系统效率优化的方法，包括如下步骤：通过最大效率理论分析，得到最大效率所对应的与互感、负载无关的最优输出电压，利用双闭环PI控制算出脉冲密度d，将经过模式选择得到的输入密度d₁和副边电流的同步信号作用于基于ΔΣ调制的脉冲密度调制(PDM)，从而将副边半控整流电路的四种工作模式按特定比例均匀组合，使电压稳定在最优值，结构简单，易于实现。本发明可以在优化效率的同时实现高精度、低纹波稳压，仅在副边对半控整流桥进行控制，无需原副边通信，并且可以通过同步信号驱动实现软开关，有效提高了无线充电系统的动态性能。仿真结果表明采用该优化方法能够实现无线充电系统在动态情况下的高效率运行。

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及基于动态无线充电系统效率优化方法。

背景技术

电能传输在社会发展中至关重要，如何安全可靠、灵活便携地传输电能是现代电力领域研究的重点内容。为了克服有线充电的弊端，无线充电(Wireless Power Transfer,WPT)被提出。其利用电磁场等软介质实现非接触电能传输，凭借安全稳定、清洁环保、维护方便等优点而广泛应用于生物医学、电子产品、交通等领域。

为了保证无线充电系统的高效、稳定，系统效率是一个重要指标。许多措施被用来提高效率：改进补偿结构、优化电路参数、最大效率点追踪等。由于动态情况下系统的互感和负载是变化的，改善补偿结构和优化电路参数并不能保证良好的实时性，而最大效率点追踪能够实时对效率跟踪优化，保证系统动态下的高效率。最大效率点追踪方法中，主要可以分为三类：等效负载变换、输入电压控制、输出电压控制。前两类方法使等效负载和输入电压处于各自的最优值从而维持高效率，但是仍然需要再加一个控制自由度来控制系统的输出，因此需要两个控制自由度。而控制输出电压使之等于最优值可以在优化效率的同时实现稳压，因此只需要一个自由度，控制结构简单。控制输出电压有多中方法：PWM，PSM，PFM，PDM等。PWM和PSM存在硬开关问题，PFM需要原副边通信，PDM的精度和纹波情况有待提高。

发明内容

发明目的：基于上述技术问题，本发明提出了一种动态无线充电系统效率优化方法，无需原副边通信，控制结构简单，高精度、低纹波、经济性好并且能够实现软开关。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种动态无线充电系统效率优化的方法，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；

系统效率与互感、负载有关，当原、副边电路谐振角频率都为ω时，系统效率为：

其中R₁和R₂分别为原、副边线圈的等效内阻，R_E为等效负载电阻，M为互感；

最大效率点对应的最优等效负载可以通过对效率求导并令导数为零求得，当(ωM)²R₁R₂时,最优等效负载电阻R_Eopt为：

无线充电系统的最优输出电压和输入电压比即系统效率最大时的电压增益G_Vopt为：

从而最优输出电压U_2opt的表达式为：

在特定的无线充电系统中，R₁和R₂为定值，当U₁不变时，最优输出电压为定值，与互感、负载无关。