[发明专利]一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略

权利要求书

1.一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，其特征在于，包括如下步骤：

S1、设置逆变电路开关管S₁和S₄驱动信号占空比为0.25，开关管S₂和S₃驱动信号占空比为0.75，两个桥臂驱动信号相位角相差180度，产生系统的工作脉冲F₁，工作脉冲F₁的频率为f₁；

S2、由于倍频控制策略的特性：逆变电路输出方波频率是开关管开关频率的两倍，磁耦合谐振系统的谐振频率f₀为工作脉冲频率f₁的两倍，根据下式，

S3、设置逆变电路输出控制脉冲F₂，控制脉冲F₂频率为f₂，根据下式，通过改变控制频率F₂占空比d对负载两端电压进行调节：

S4、利用控制频率F₂对工作脉冲F₁进行调制，将调制好的四个驱动信号对逆变电路的四个开关管进行驱动，使负载在稳定的电压下运行。

2.根据权利要求1所述的适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，其特征在于，根据S1、S2可知由于倍频调制策略的频率倍增效应，逆变电路输出方波频率为工作脉冲F₁的频率f₁的两倍，且与谐振电路固有的谐振频率f₀相同的，保证系统在工作区间的高效率运行。

3.根据权利要求1所述的适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，其特征在于，根据S3、S4可知控制脉冲F₂则是对工作脉冲F₁以较低频率f₂进行控制，当控制脉冲F₂输出高电平时，工作脉冲F₁驱动逆变电路开关管的正常运行，当控制脉冲F₂输出低电平时，驱动逆变电路开关管的工作脉冲F₁被有效禁用。

4.根据权利要求1所述的适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，其特征在于，S3中的公式推导如下：

根据基尔霍夫电路理论，发射侧电路的网孔方程为：

接收侧电路的网孔方程为：

当传输系统处于谐振状态下：

公式(1)和公式(2)可以简化成：

发射侧和接收侧的电流为：

电压传输比为：

在不考虑逆变电路开关管损耗、只涉及磁耦合系统效率的情况下，整个系统的传输效率η为：

由公式(7)可得，可以通过提高磁耦合系统的耦合系数M和谐振频率f提高无线电能传输系统的传输效率，使用倍频控制策略可以在相同开关频率的情况下，使输出的谐振电压频率倍增，从而达到提高系统传输效率的目的；

将倍频控制策略下逆变电路输出单极性电压V₁的电压波形展开为傅里叶级数：

当只考虑基波分量，控制频率F₂的占空比为d时，则发射侧输入电压的有效值U₁变为：

控制脉冲F₂的占空比d和接收侧电压U_L的关系为：

由公式(10)可以看出，当系统的直流侧输入电压U_in，耦合系数M不变时，通过改变控制脉冲F₂的占空比d就可以实现对负载两端电压U_L的控制。