[发明专利]一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略

说明书

本发明提供一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，区别于传统的移相控制策略：超前桥臂和滞后桥臂的占空比始终为0.5，谐振槽工作频率与开关频率相同，通过控制移相角实现对负载两端电压的调节，倍频控制策略通过控制同一桥臂两个开关管的占空比为0.25和0.75，两个桥臂相位角相差180度，从而实现与传统移相控制策略相比在相同开关频率时，谐振槽工作频率的倍增效应，提高无线电能传输系统的效率。在调压时，结合双频控制策略，通过调节控制频率的占空比d对输出电压进行控制，调压逻辑简单。同时，因为倍频控制策略每次开关动作涉及到的开关管的寄生电容是两个，为传统移相控制策略的一半，其软开关的条件降低。

技术领域

本本发明涉及以磁耦合的方式将电能转化成磁场，传输后在接收侧转化成电能的无线传能技术领域，尤其涉及一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略。

背景技术

无线电能传输技术实现了供电电源与用电设备之间的完全电气隔离，解决了传统供电中存在的电路老化、尖端放电、产生电火花等问题，具有安全、灵活、可靠等诸多优点，广泛应用于电动汽车、无人机、水下潜航器、医疗设备等。虽然无线电能传输存在上述优点，但是受限于现有技术研究，目前的无线电能传输系统仍然存在传输功率、效率和距离的问题，电磁兼容以及生物安全的问题。其中电能传输效率是最基本也是最主要的问题，限制了该技术在其他领域的推广和应用。

目前无线电能传输系统通常使用的提高系统效率的策略有：(1)增加中继线圈：增加中继线圈能够大幅提高激励电流，放大线圈间的交变磁场，提高无线电能传输系统的效率。(2)附加隔磁片：隔磁片能够对初级线圈产生的交变磁场进行引导，使初级线圈产生的磁场能量尽可能地作用于次级线圈，提高了磁耦合系统的耦合系数优化无线电能传输系统的效率。

但是这些传统的策略往往只考虑到提高磁耦合系统的耦合系数M，增加中继线圈或者附加隔磁片都增加了无线电能传输系统的硬件复杂度，提高了系统整体的成本。

因此，本发明意在寻求在不提高无线电能传输系统复杂度的情况下，也能够获得良好的能量传输效率的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，实现与传统移相控制策略相比在相同开关频率时，谐振槽工作频率的倍增效应，提高无线电能传输系统的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种适用于无线电能传输系统的倍频控制策略，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。