一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法

1.本发明涉及一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，属于电能变换领域。


背景技术：

2.现有的多负载无线充电系统有基于“多对多”耦合线圈和“一对多”耦合线圈两类。其中，“一对多”耦合线圈具有更小的系统尺寸、成本和重量，但它具有的多边耦合特性使系统控制难度增大。不仅原边线圈和各副边线圈存在耦合，副边线圈之间也存在相互耦合。当耦合线圈位置发生偏移或负载条件发生变化时，多负载无线充电系统的总输出功率发生改变，各负载间的输出功率比发生改变，输入阻抗特性发生改变，逆变桥开关管出现硬开关，系统传输效率降低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：针对两负载无线充电系统存在的副边交叉耦合问题，提供一种混合控制方法，包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值三个控制变量，能够确保在变负载或变耦合系数条件下，无线充电系统的总输出功率保持不变，各负载间的输出功率比保持不变，输入阻抗保持弱电感性，逆变桥开关管始终实现软开关，适用于基于“一对二”耦合线圈的两负载无线充电系统。
4.本发明的一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值三个控制变量。它包括如下步骤：
5.实时采样逆变桥输出电压和电流，提取检测分量的基波或高次谐波分量以获取系统输入阻抗，从而辨识多边互感参数；
6.补偿副边等效漏感，计算更新逆变桥开关频率；
7.由输入阻抗和输出功率要求，计算更新逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值。
8.上述混合控制方法中对三个控制变量的控制均在原边进行，不需通信。
9.上述两负载无线充电系统基于“一对二”耦合线圈，原边有1个绕组，副边有1个或2个绕组，可单负载或多负载输出。
10.上述多边互感参数辨识方法，通过实时采样逆变桥输出电压和电流，提取检测分量的基波或高次谐波分量以获取系统输入阻抗，从而辨识多边互感参数。
11.上述多边互感参数，是指原边绕组和两副边绕组之间的互感，以及两副边绕组之间的互感。
12.上述提取检测分量的基波或高次谐波分量，可通过离散傅里叶变换或格策尔算法进行。
13.上述更新逆变桥开关频率，是以补偿副边等效漏感为目的。
14.上述开关电容由开关管和固定电容组成，通过控制开关管的导通时间来控制其等效容值。
15.本发明与现有技术相比主要的技术特点是，采用包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容的混合控制方法，能够确保在变负载或变耦合系数条件下，无线充电系统的总输出功率保持不变，各负载间的输出功率比保持不变，输入阻抗保持弱电感性，逆变桥开关管始终实现软开关；所有控制在原边进行，不需通信。
附图说明
16.图1为本发明的一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法的流程图；
17.图2为适用于两负载无线充电系统的混合控制方法的一个实施例；
18.图3为开关电容典型波形；
19.图4全桥逆变桥移相控制波形。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
21.附图2为适用于两负载无线充电系统的混合控制方法的一个实施例。输入源v
in
经全桥逆变桥得到高频调制交流电压u
p
，原边谐振电路采用串联开关电容c
p
进行补偿，l
p
、l
s1
、l
s2
为原副边线圈自感，m
ps1
、m
ps2
为原副边耦合线圈互感，m
s1s2
为两副边耦合线圈互感，副边谐振电路选用串联电容c
s1
、c
s2
进行补偿，r
p
、r
s1
、r
s2
为原副边线圈等效电阻，r
l1
、r
l2
为两直流负载。其中副边谐振电路可任意选取。其中开关电容c
p
由两个反向串联的开关管q1、q2和固定电容ca、cs组成，通过控制开关管的导通角α来控制开关电容等效容值，典型波形如附图3所示，开关管q1和q2能够实现零电流开通，开关损耗为零。
22.在附图2中，采样逆变桥的输出电压u
p
和电流i
p
，通过离散傅里叶变换或格策尔算法提取两个变量的基波或高次谐波分量以求取输入阻抗z
in
，再根据输入阻抗表达式(1)～(2)求取多边互感参数m
ps1
、m
ps2
和m
s1s2
。此为本发明混合控制方法的步骤一。
[0023][0024][0025]
为补偿副边等效漏感，根据表达式(3)计算更新逆变桥的开关频率ω，使两路负载的输出功率比如表达式(4)所示，与两副边耦合线圈互感m
s1s2
无关。此为本发明混合控制方
法的步骤二。
[0026][0027][0028]
全桥逆变桥采用移相控制策略，其开关管驱动波形和逆变桥输出电压电流波形如附图4所示，若保证输入阻抗arg(z
in
)》θ，则可实现逆变桥所有开关管的软开关。根据输入阻抗要求和输出功率(5)表达式，计算更新逆变桥占空比d和原边串联补偿的开关电容容值c
p
。此为本发明混合控制方法的步骤三。
[0029][0030]
在基于“一对二”耦合线圈的两负载无线充电系统中，当耦合线圈位置发生偏移或负载条件发生变化时，两负载无线充电系统的总输出功率发生改变，各负载间的输出功率比发生改变，输入阻抗特性发生改变，逆变桥开关管出现硬开关，系统传输效率降低。为此，本发明提出一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，采用包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容的混合控制方法，能够确保在变负载或变耦合系数条件下，无线充电系统的总输出功率保持不变，各负载间的输出功率比保持不变，输入阻抗保持弱电感性，逆变桥开关管始终实现软开关；且所有控制在原边进行，不需通信。
[0031]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值三个控制变量，它包括如下步骤：实时采样逆变桥输出电压和电流，提取检测分量的基波或高次谐波分量以获取系统输入阻抗，从而辨识多边互感参数；补偿副边等效漏感，计算更新逆变桥开关频率；由输入阻抗和输出功率要求，计算更新逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值。2.如权利要求1所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述混合控制方法中对三个控制变量的控制均在原边进行，不需通信。3.如权利要求1所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述两负载无线充电系统基于“一对二”耦合线圈，原边有1个绕组，副边有1个或2个绕组，可单负载或多负载输出。4.如权利要求1所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述多边互感参数辨识方法，通过实时采样逆变桥输出电压和电流，提取检测分量的基波或高次谐波分量以获取系统输入阻抗，从而辨识多边互感参数。5.如权利要求4所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述多边互感参数，是指原边绕组和两副边绕组之间的互感，以及两副边绕组之间的互感。6.如权利要求4所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述提取检测分量的基波或高次谐波分量，可通过离散傅里叶变换或格策尔算法进行。7.如权利要求1所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述更新逆变桥开关频率，是以补偿副边等效漏感为目的。8.如权利要求1所述的适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，其特征在于：所述开关电容由开关管和固定电容组成，通过控制开关管的导通时间来控制其等效容值。

技术总结
本发明公开一种适用于两负载无线充电系统的混合控制方法，包含逆变桥开关频率、逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容三个控制变量。它包括如下步骤：实时采样逆变桥输出电压和电流，提取检测分量的基波或高次谐波分量以获取系统输入阻抗，从而辨识多边互感参数；补偿副边等效漏感，计算更新逆变桥开关频率；由输入阻抗和输出功率要求，计算更新逆变桥占空比和原边串联补偿的开关电容容值。本公开的混合控制方法能够确保在变负载或变耦合系数条件下，无线充电系统的总输出功率保持不变，各负载间的输出功率比保持不变，输入阻抗保持弱电感性，逆变桥开关管始终实现软开关，适用于基于“一对二”耦合线圈的两负载无线充电系统。统。统。


技术研发人员：曹玲玲 包家伟 张瑞宏 潘学伟
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：2022.11.14
技术公布日：2023/3/27