[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

说明书

本发明涉及无线供电技术领域，具体公开了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，该系统在全桥模式和零模式之间插入一个半桥模式，使得高频逆变器和高频整流器都可以工作在全桥‑半桥模式和半桥‑零模式以适应不同的功率等级，然后分析了不同模式下输出功率切换点，揭示了系统在不同功率段的效率提升机制，从而可以针对不同的功率等级进行有效地调节，使系统在能量传输过程中始终工作在高效状态，同时又可以减小系统的输出电压纹波，提高了系统的工作性能。本发明不需要额外的DC/DC转换器，可以实现逆变器和有源整流器软开关、阻抗匹配、恒压输出及宽负载范围效率提升。

技术领域

本发明涉及无线供电(Wireless Power Transfer,WPT)技术领域，尤其涉及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。

背景技术

无线供电技术是一种不需要物理直接接触就能将电能由电源侧传递到负载侧的新兴技术。其中，感应式WPT技术作为一种安全、可靠的非接触式供电技术，可解决传统有线电能传输设备的诸多缺陷，避免了传统拔插式系统存在的接触火花，漏电等安全问题，并使人类应用电能的方式更加灵活。目前，该技术已被广泛应用于人体植入医疗设备，感应式加热器，电动车以及手机等移动设备的无线充电平台。

感应式WPT系统包括能量发射端(通常也称为原边)和能量接收端(通常也称为副边)两部分：发射端包括高频逆变器、发射端谐振补偿网络和发射线圈，高频逆变器将直流电变为高频交流电，高频交流电流经过发射端谐振补偿网络，在发射线圈中产生高频交流磁场；接收端包括接收线圈、接收端谐振补偿网络和高频整流器，接收线圈感应到发射线圈产生的高频磁场后，经过接收端谐振补偿网络，向高频整流器输出高频交流电，高频整流器则将交流电变为直流电，向负载提供电能，实现电能从发射端到接收端的无线传输。

在目前的感应式WPT系统中，为实现系统恒定电压输出和系统高效率工作，传统的方法是在原副边添加DC/DC变换器，以适应不同负载下的恒压输出调节和最大效率跟踪。然而，添加DC/DC变流器会极大地增加WPT系统的体积、重量和成本，限制WPT系统的适用性。为了在不使用额外的DC/DC变换器的情况下，副边采用有源逆变器，从而实现双边移相控制进行调节，但是采用这种方法，很难实现逆变器和高频整流器软开关，特别是在轻载的条件下，导致逆变器开关损耗增大，降低系统能量传输效率。为了在恒压输出和高效率工作的同时实现软开关，通常采用三移相控制进行调节，但是采用这种调节技术，会引入无功功率，尤其是在轻载条件下，引入的无功功率往往很大，影响系统的高效工作。为了减小系统无功功率，采用传统OOK调制，提供了一种新的方法，但这种方法不能实现宽负载下的恒压输出，以及系统输出电压纹波较大。

发明内容

本发明提供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，解决的技术问题在于：如何在不引入额外的DC/DC变换器、不引入较大无功功率的情况下，实现针对不同的功率等级进行有效地调节，使系统在能量传输过程中始终工作在高效状态，同时又可以减小系统的输出电压纹波，提高系统的工作性能。