[发明专利]一种基于中心频率和带宽的MC-WPT系统设计方法

说明书

本发明公开了一种基于中心频率和带宽的MC‑WPT系统设计方法，通过中心频率和带宽对MC‑WPT系统中的互感参数、电容参数以及电阻参数进行配置，无需增加任何额外的LC电路或者线圈便可得到多频段MC‑WPT系统，此外，本发明提供的基于中心频率和带宽的MC‑WPT系统设计方法适用于任何线圈结构的MC‑WPT系统，可根据需要产生不大于线圈数的任意频段，包括不存在频率分裂现象的单一给定频段。

技术领域

本发明涉及MC-WPT(Magnetic coupling wireless power transfer，磁耦合无线电力传输)技术领域，更具体地说，涉及一种基于中心频率和带宽的MC-WPT系统设计方法。

背景技术

MC-WPT技术实现了电能从电源侧到用电设备端的无电气连接传输。由于电源端和负载端的电气隔离，该技术具有安全、可靠、灵活等优势，目前已广泛应用于家用电器、生物医学、电动汽车等领域。随着MC-WPT技术的发展和应用的推广，目前已有多个行业协会提出了独立的、互不相容的无线充电频段标准。受该需求驱动，MC-WPT技术目前得到了国内外研究学者的广泛研究。此外，MC-WPT系统也因能用于信号能量同传而受到关注。

目前，在设计MC-WPT系统时，为了得到多个频段，通常需要增加额外的LC分支电路或者增加额外的线圈，这样会增加额外的交叉耦合，同时LC分支电路数或者额外线圈的个数必须随频带数目增加而增加，因此传统的设计方法会使得系统结构变得复杂。由于传统的MC-WPT系统设计方法都是基于电路分析，对于电路结构复杂的系统分析设计将会变得极其困难而不适用。因此传统的设计方法通常只适用于频段数少、结构简单的MC-WPT系统，而不适用于频段数多或者复杂的多线圈结构系统，此外，多线圈结构系统中，由于频率分裂现象的存在，单一给定频段系统设计都极为困难，更别说多个给定的频段系统设计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于中心频率和带宽的MC-WPT系统设计方法，包括：

S11：将MC-WPT系统的电感矩阵L_n×n、电容矩阵C_n×n以及电阻矩阵R_n×n代入所述MC-WPT系统的实际特征方程|λ²[LC]+λ[RC]+I_n×n|＝0，得到

f(λ)_actual＝λ²ⁿ+d_2n-1λ^2n-1+d_2n-2λ^2n-2…d₁λ+d₀； (1)

所述电感矩阵中包括待确定的互感参数，所述电容矩阵中包括待确定的电容参数，所述电阻矩阵中包括待确定的电阻参数；

S12：根据所述MC-WPT系统需要满足的频段数目k,中心频率f_0,1,f_0,2…f_0,k，以及与各中心频率分别对应的带宽b₁,b₂…b_k,确定满足性能要求的期望特征值其中，w_0,q＝2πf_0,q,B_q＝2πb_q,r_q为第q个频带的重根数；

S13:根据得到的期望特征值得到所述MC-WPT系统的期望特征方程为

S14:根据式(1)和式(2)确定所述MC-WPT系统的互感参数、电容参数以及电阻参数；

所述n、q、k均为正整数,所述n为所述MC-WPT系统的电路个数，且每一所述电路中包含线圈，且k≤n。