[发明专利]一种改进的随机SPWM控制无线充电方法及系统

说明书

一种改进的随机SPWM控制无线充电方法及系统，方法包括根据无线充电系统的传递函数确定随机SPWM控制的中心频率，以归一化后的中心频率作为期望开关频率，使用概率状态矩阵算法生成的随机数以及随机SPWM控制的随机开关频率最大波动量，计算随机SPWM控制的随机开关频率和载波频率；根据载波频率调制无线充电系统中高频逆变器的随机开关信号，高频逆变器在随机开关信号控制下将直流电逆变为交流电，发射线圈将交流电感应给接收线圈，实现无线充电。本发明获得的随机开关频率更加均匀的分布在中心频率周围，不仅大幅降低了谐波峰值而且抑制了电磁噪声，改善了无线充电系统的电磁兼容性，避免了极端情况的出现。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体地涉及一种改进的随机SPWM控制无线充电方法及系统。

背景技术

相比于传统有线充电的方式，无线充电系统因取消了有线连接，便捷性和安全性大幅提升。其中磁耦合谐振式无线充电系统已广泛应用于各类电力电子产品，比如电充汽车、无人机、医疗设备和各类传感器。

现有技术中，磁耦合谐振式无线充电系统采用高频逆变器将直流电压转变为高频交流电，通常采用固定的开关频率的方波调制，谐波成分较大会造成系统效率较低。因此引入SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)调制以解决谐波问题，但如果SPWM调制采用固定的开关频率会导致严重的电磁干扰问题。引入随机SPWM控制技术可以电磁干扰问题，但是现有的随机开关频率生成方法并不能生成理想的随机开关频率，现有技术的随机开关频率生成方法中得到的随机数值如图1所示，对于图1中黑圈内的随机数值会导致连续多个甚至全体随机开关频率大于或小于中心频率的情况，这使得无线充电系统的电磁干扰问题进一步加大。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种改进的随机SPWM控制无线充电方法及系统，通过引入概率矩阵随机过程，形成一种改进的随机数生成算法以获得均匀分布在中心频率周围的随机开关频率。

本发明采用如下的技术方案：

本发明一方面提出一种改进的随机SPWM控制无线充电方法，包括：

步骤1，采集无线充电系统中发射线圈和接收线圈的电气参数，并计算无线充电系统的传递函数；

步骤2，根据补偿网络的传递函数确定随机SPWM控制的中心频率，并对中心频率进行归一化；

步骤3，以归一化后的中心频率作为期望开关频率，使用概率状态矩阵算法生成的随机数以及随机SPWM控制的随机开关频率最大波动量，计算随机SPWM控制的随机开关频率；

步骤4，使用随机开关频率计算随机SPWM控制的载波频率；

步骤5，根据载波频率调制无线充电系统中高频逆变器的随机开关信号，高频逆变器在随机开关信号控制下将直流电逆变为交流电，发射线圈将交流电感应给接收线圈，实现无线充电。

步骤1中，无线充电系统的传递函数满足如下关系式：

式中，

M为无线充电系统中发射线圈和接收线圈之间的互感，

k为无线充电系统中发射线圈和接收线圈之间的耦合系数，

C₂为无线充电系统中接收线圈的副边谐振补偿电容，

ω₀为无线充电系统中发射线圈和接收线圈之间的谐振角频率，

Q₂为无线充电系统中接收线圈的品质因数，

s为拉普拉斯变换中的变量。