基于频率跟踪的无线输电系统zvs软开关实现装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线输电系统软开关技术领域，具体设及一种基于频率跟踪的无线输 电系统ZVS软开关实现装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在禪合谐振式无线输电系统中，桥式逆变器工作在高频条件下，为了减少开关器 件损耗和解决直通的问题，在同一桥臂上下开关器件驱动信号间需插入死区时间，且系统 中引入的死区时间必须与谐振电流相位滞后控制相互匹配；此外，由于负载等参数变化而 引起的失谐现象将会降低系统传输效率和功率，由此软开关运行和频率跟踪成为了无线输 电系统亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、 具有可靠死区时间的基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案是；一种基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置，包括直流电压源、逆变器、禪合器、整流器、负载、电流检测电路、改进型 SOGI-P化模块、PWM驱动模块；直流电压源经逆变器、禪合器、整流器与负载相连，所述逆变 器的电流输出端经电流检测电路与改进型SOGI-P化模块的信号输入端相连，所述改进型 SOGI-P化模块的信号输出端与PWM驱动的控制信号输入端相连，所述PWM驱动的控制信号 输出端与所述全桥逆变器的开关器件相连。
[0005]上述的基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置中，所述改进型SOGI-P化模块中包含正交信号发生器、坐标变换器、自适应增益调节器、正弦逆变器、PI控 制器和频率、相位发生器；输入信号经正交信号发生器、坐标变换器与自适应增益调节器相 连，系统相位差控制参数A 分别经正弦逆变器、自适应增益调节后进行比较再输入PI 控制器，所述PI控制器与频率、相位发生器相连，所述频率、相位发生器的信号输出端分别 与所述正交信号发生器、坐标变换器相连。
[0006]上述的基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置中，所述禪合器由发射 端和接收端禪合而成，所述发射端由发射线圈和发射端谐振电容串联构成，所述接收端由 接收线圈和接收端谐振电容串联构成。
[0007]一种基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现方法，包括W下步骤：
[0008] (1)采用电流检测电路对全桥逆变器的输出电流进行检测，为改进型SOGI-P化模 块提供输入信号；
[0009]逆变器输出电流信号如下：
[0010]
【主权项】
1. 一种基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置，其特征在于，包括直流电 压源、逆变器、耦合器、整流器、负载、电流检测电路、改进型SOGI-PLL模块、PWM驱动模块； 直流电压源经逆变器、耦合器、整流器与负载相连，所述逆变器的电流输出端经电流检测电 路与改进型SOGI-PLL模块的信号输入端相连，所述改进型SOGI-PLL模块的信号输出端与 PWM驱动的控制信号输入端相连，所述PWM驱动的控制信号输出端与所述全桥逆变器的开 关器件相连。
2. -种如权利要求1所述的基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置，其特 征在于，所述改进型SOGI-PLL模块中包含正交信号发生器、坐标变换器、自适应增益调节 器、正弦逆变器、PI控制器和频率、相位发生器；输入信号经正交信号发生器、坐标变换器 与自适应增益调节器相连，系统相位差控制参数A分别经正弦逆变器、自适应增益调节 后进行比较再输入PI控制器，所述PI控制器与频率、相位发生器相连，所述频率、相位发生 器的信号输出端分别与所述正交信号发生器、坐标变换器相连。
3. -种如权利要求1所述的基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置，其特 征在于，所述耦合器由发射端和接收端耦合而成，所述发射端由发射线圈和发射端谐振电 容串联构成，所述接收端由接收线圈和接收端谐振电容串联构成。
4. 一种基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1) 采用电流检测电路对全桥逆变器的输出电流进行检测，为改进型SOGI-PLL模块提 供输入信号； 逆变器输出电流信号如下：
式中，Vn、n?'、'分别为n次谐波的幅值、角频率以及初始相位； (2) 输入信号经正交信号发生器后变为
式中，V、0分别表示输入信号的幅值、相位且其值分别等于一次谐波的幅值、相位，'、 ?'、分别表示一次谐波的幅值、角频率以及初始相位； 其中，正交信号发生器的传递函数为
式中，k、《'分别为正交信号发生器的增益、中心频率，中心频率由频率、相位发生 器提供； (3) 正交信号发生器的输出信号经坐标变换后，其dq输出为：
(4) 将系统相位差控制参数A0'dq分量^作为自适应增益AG的调制参量，dq分量 \作为自适应增益AG的输入量，当系统输入信号v幅值为零时，vd为零，自适应增益值为 1，当输入信号v幅值不为零时，vd不为零，自适应增益值为输入信号v幅值的倒数，其表达 式为： 自适应增益AG
的输出量为Vqunit，Vqunit=-sin(0'-0)，式中0'为改进型SOGI-PLL模块的输出相位，单位dq分量vqunit的值唯一取决于系统相位差△ 0 = 0'-0 ; (5) 系统相位差控制参数A 经正弦逆变器后生成单位dq分量控制参量v；^，通过 调节系统相位差控制参数△ 对单位dq分量vqunit进行控制，进而控制系统相位差，使得A9 = 9' - 9 =A9*； (6) 单位dq分量控制参量与单位dq分量行比较后输入PI控制器，经PI 控制器调节后输入频率、相位发生器，频率、相位发生器的输出信号为正交信号发生器、坐 标变换器分别提供中心频率与相位； (7) 基于锁相环输出相位的死区角度为：0 d=SsirrM，由常数d唯一确定，常数d范围 为：0〈d〈l;通过调节无线输电系统相位差角度大于死区角度同时小于系统最大相位差角 度A0_，g卩0d〈A0〈A0_，即可实现基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关运行。
【专利摘要】本发明公开了一种基于频率跟踪的无线输电系统ZVS软开关实现装置及方法，所述装置包括直流电压源、逆变器、耦合器、整流器、负载、电流检测电路、改进型SOGI-PLL模块、PWM驱动模块；直流电压源经逆变器、耦合器、整流器与负载相连，逆变器的电流输出端经电流检测电路与改进型SOGI-PLL的信号输入端相连，改进型SOGI-PLL的信号输出端与PWM驱动的控制信号输入端相连，PWM驱动的控制信号输出端与全桥逆变器的开关器件相连。本发明引入直接相位控制方法以及基于锁相环输出相位的死区角度调制方法，通过精确调节系统相位差及死区角度，使无线输电系统工作于准谐振状态，解决死区时间与谐振电流相位滞后控制匹配问题，实现ZVS软开关运行。
【IPC分类】H02J17-00, H02M3-335
【公开号】CN104702113
【申请号】CN201510084358
【发明人】谭平安, 何海兵, 张希, 彭珍
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月16日