[发明专利]基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统

权利要求书

1.基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，该系统包括能量发射端和能量接收端，所述能量发射端包括顺序连接的直流电源、高频逆变器、发射端谐振补偿网络和发射线圈，所述能量接收端包括顺序连接的接收线圈、接收端谐振补偿网络、高频整流器、滤波电容和负载，所述高频逆变器由四个MOSFET S₁、S₂、S₃和S₄连接而成，所述高频整流器由四个MOSFET S₅、S₆、S₇和S₈连接成与所述高频逆变器相同结构，其特征在于，该系统还包括连接所述高频逆变器的原边门极驱动器，以及连接所述高频整流器的副边门极驱动器；所述原边门极驱动器用于以全桥占空比D₁控制所述高频逆变器工作于全桥-半桥模式即FH模式，或者以半桥占空比D₂控制所述高频逆变器工作于半桥-零模式即HZ模式；所述副边门极驱动器用于以全桥占空比D₃控制所述高频整流器工作于全桥-半桥模式即FH模式，或者以半桥占空比D₄控制所述高频整流器工作于半桥-零模式即HZ模式；

当系统工作在某一负载时，通过下式实现阻抗最优调节：

其中，R_L表示负载电阻值，R_eq-opt表示高频整流器的交流输入侧的最优等效负载，R_eq-opt由系统的工作角频率ω、发射线圈与接收线圈之间的互感M、发射线圈的寄生电阻R₁、接收线圈的寄生电阻R₂共同决定；

对于某一给定直流电源U_in和恒定输出电压U_o，根据功率需求对所述高频逆变器和所述高频整流器的组合工作模式进行切换，各个组合工作模式之间的功率切换点如下式：

其中，组合工作模式FH-FH表示所述高频逆变器和所述高频整流器均工作于FH模式，组合工作模式HZ-FH表示所述高频逆变器和所述高频整流器分别工作于HZ模式和FH模式，组合工作模式FH-HZ表示所述高频逆变器和所述高频整流器分别工作于FH模式和HZ模式，组合工作模式HZ-HZ表示所述高频逆变器和所述高频整流器分别工作于HZ模式和HZ模式，表示系统的直流电压增益，P_o表示系统输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，其特征在于：该系统还包括补偿器，所述补偿器用于根据能量发射端的最小电压电流相位差α_min或能量接收端的最小电压电流相位差β_min，通过所述副边门极驱动器对所述高频整流器补偿一个无功角θ。

4.根据权利要求3所述的一种基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，其特征在于：无功角θ＝min{α_min,β_min}，θ还满足关系θ＝90-δ，δ表示所述高频逆变器和所述高频整流器之间的相位差。

5.根据权利要求4所述的一种基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，其特征在于：能量发射端的最小电压电流相位差C_{oss_1}、C_{oss_2}、C_{oss_3}、C_{oss_4}分别表示充电过程中MOSFET S₁、S₂、S₃和S₄的等效开关输出电容，T_s＝1/f_s，f_s为系统工作频率，I_{1_HZ}为发射回路工作在HZ模式下的电流。

6.根据权利要求5所述的一种基于改进型双边开关键位调制的宽负载范围高效率WPT系统，其特征在于：能量接收端的最小电压电流相位差C_{oss_5}、C_{oss_6}、C_{oss_7}、C_{oss_8}分别表示充电过程中MOSFET S₅、S₆、S₇和S₈的等效开关输出电容，I_{2_HZ}为接收回路工作在HZ模式下的电流。