[发明专利]一种应用于感应电能传输系统最大效率跟踪DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明属于电能传输领域，公开了一种应用于感应电能传输系统最大效率跟踪DC‑DC变换器及其控制方法，包括LCL‑S补偿拓扑、不控整流桥和双管Buck‑Boost电路；LCL‑S补偿拓扑的输出与不控整流桥的输入连接，不控整流桥的输出与双管Buck‑Boost电路的输入连接。本发明通过调节全桥逆变电路超前与滞后桥臂之间的移相角来实现对感应电能传输恒压控制，通过采用交错占空比偏置调制策略来控制DSBB开关管来实现阻抗匹配，保持整流桥输出侧等效负载始终处于最大效率负载点；本发明的双管结构能有效减小开关管的电压电流应力，使系统输出具有更宽的电压范围和更高的功率等级；升降压模式的调节能够使系统在实现最大效率跟踪时负载的可调范围更广，极大提高了系统的适用性。

技术领域

本发明属于电能传输领域，尤其涉及一种应用于感应电能传输系统最大效率跟踪DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

传统的电能传输方式如插座等具有热插拔特点，容易产生电火花等安全隐患，无法实现电气隔离，维护成本较大，难以满足电动汽车、矿井供电及水下充电等应用场景的需求，因此实现高效的感应电能传输十分必要。如何提高电能传输过程中的效率，降低传输损耗，节省使用成本显得尤为重要。

根据能量传输过程中中继能量形式的不同，无线电能传输可分为：磁场耦合式、电场耦合式、电磁辐射式如太阳辐射、机械波耦合式超声。其中，磁耦合式是目前21世纪初研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。

感应式无线电能传输技术ICPT是一种利用磁场耦合原理，将电能以非导线连接的方式从电源端传输到负载端的技术。它提高了用电设备的灵活性，是一种安全、可靠、灵活的供电方式。实现电能无线传输的主要挑战在于其较低的传输效率和功率传输能力，造成这种结果的主要原因是由于其相较于传统变压器，发射绕组和接收绕组之间存在较大气隙，耦合系数较低且存在较大漏感，系统整体的功率因数很低，所以必须加入谐振补偿电路，使系统工作在单位功率因数，提高电路整体的效率。

感应电能传输系统主要由直流电源、松耦合变压器及电力电子变换器组成。整个系统能够实现安全可靠的无接触式电能传输。在实际的工作环境下，负载状态通常并不是恒定的，很难保证传输过程始终处于最大效率的工作点附近。现阶段保持IPT系统动态运行过程最大效率传输的方法大致分为两类，一类是频率跟踪控制，另一类是阻抗匹配，包括无源阻抗匹配和有源阻抗匹配。无源阻抗匹配是利用电感电容阻抗调节网络来实现某固定负载点的等效，无法实现动态跟踪。有源阻抗匹配即在定频工作时，利用Buck变换器来实现等效负载的调节，以保证系统运行在最大效率工作点处，但由于自身结构限制，负载侧的等效阻抗可调范围十分有限，当负载大幅变化时并不适用。因此，提高变压器耦合系数及设计合理的补偿网络是感应式无线电能传输系统的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于公开适用性广、可调范围大的一种应用于感应电能传输系统最大效率跟踪DC-DC变换器及其控制技术。

本发明的目的是这样实现的：

一种应用于感应电能传输系统最大效率跟踪DC-DC变换器，包括LCL-S补偿拓扑、不控整流桥和双管Buck-Boost电路；LCL-S补偿拓扑的输出与不控整流桥的输入连接，不控整流桥的输出与双管Buck-Boost电路的输入连接。