[发明专利]一种基于倍流整流＆半桥逆变的IPT系统效率提升方法

权利要求书

1.一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.建立基于倍流整流半桥逆变的IPT系统的基波电路模型；

b.基于倍流整流半桥逆变的IPT系统输出特性分析；

c.设计基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率优化策略；

所述基于倍流整流半桥逆变的IPT系统包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源U_in，所述直流输入电源U_in通过两个MOS管Q₁、Q₂和两个并联电容C_q1、C_q2组成的半桥逆变器变换成高频交流电，还包括副边变流器和谐振网络，副边变流器包括倍流整流器和Buck-Boost变流器，所述倍流整流器包括二极管D₁和二极管D₂，二极管D₁和二极管D₂分别串联有电感L_d1和电感L_d2，倍流整流器还包括输出侧支撑电容C_L，所述Buck-Boost变流器的开关频率为f_s，所述Buck-Boost变流器包括开关管Q_c、二极管D_c和续流电感L_c、输出侧支撑电容C_d，R_L为系统负载，电阻谐振网络通过具有恒流输出特性的双边LCC补偿拓扑，谐振网络包括发射线圈自感L₁、接收线圈自感L₂、发射线圈和接收线圈之间的互感M，电感L_p、电容C₁、电容C_p为发射线圈L₁的谐振补偿网络，接收线圈谐振补偿网络由电容C₂和电容C_s共同构成；

所述步骤a中等效模型建立的步骤如下：

步骤1：计算半桥逆变器输出电压基波有效值U₁的表达式为：

其中，S＝2sin(π·D)-1，D为半桥逆变器的占空比；

步骤2：倍流整流器输入电流基波有效值I₄与输出电流I_out的关系式为：

步骤3：计算系统的输出电流I_d与输入电压U_in以及Buck-Boost的占空比d的关系：

步骤4：计算整流器输入侧等效负载R_eqL的表达式为：

2.根据权利要求1所述的一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，其特征在于，所述步骤b中分析步骤如下：

步骤1：由Buck-Boost变流器的占空比可得，在同样的输入电压U_in和Buck-Boost变流器占空比d的条件下，且D≈50％(即S≈1)时，采用基于倍流整流半桥逆变的IPT系统呈现出恒定电流(Constant Current,CC)特性，该电流的大小与负载大小无关，采用基于倍流整流半桥逆变的IPT系统，在发射端的补偿网络参数和互感M不变，且将C₂的大小调整为采用全桥逆变器时的8/π²倍时，其具有相同的电流增益，采用半桥逆变器时，逆变器输出电压u₁为采用全桥逆变器的一半，其发射线圈电流i₂的大小也为后者的一半。

3.根据权利要求1所述的一种基于倍流整流半桥逆变的IPT系统效率提升方法，其特征在于，所述步骤c中优化步骤如下：

步骤1：计算出IPT系统能量的传递效率，通过IPT系统能量的传递效率公式确定电流有效值I₂和I₃的比例关系，使线圈损耗可达到最小值；

步骤2：通过对Buck-Boost变流器的占空比d和半桥逆变器的占空比D进行调节，将线圈中的电流比例调至最优。