CN112928922B - 一种用于无线电能传输系统的软开关调制器 - Google Patents

一种用于无线电能传输系统的软开关调制器 Download PDF

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Abstract

一种用于无线电能传输系统的软开关调制器,属于软开关调制领域。本发明为了解决现有的软开关调制器输出电压波动大的问题。保持信号和给定电压标幺值的差值经过增益系数得到增益信号；积分器对增益信号进行积分得到输出信号；量化器在内部设定多个不同的设定值1/m，m为奇数，若积分器输出信号在某个时刻下靠近其中一个设定值，将该设定值作为该时刻的输出值，若积分器输出信号在某个时刻下位于相邻两个设定值中间，则取两个设定值中的最大值作为该时刻的输出值，由每个时刻下的输出值构成量化器的输出信号；根据当前时刻下的量化器输出信号所对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波。它用于生成稳定的软开关调制信号。

Description

一种用于无线电能传输系统的软开关调制器
技术领域
本发明涉及输出一种软开关调制信号，属于软开关调制领域。
背景技术
为降低无线电能传输系统的电力电子变换器损耗，目前绝大多数方法都是通过将系统工作的开关频率大于无线电能传输系统的谐振频率，使系统的输入特性成为感性，以此实现无线电能传输系统逆变器的软开关。然而这种方法系统的工作频率会随着输出功率的降低而快速升高，降低了逆变器的功率因数，因而增加逆变器的导通损耗；系统的电流频率偏离谐振频率，使耦合机构的频率降低。其他可以用于无线电能传输系统的软开关调制方法或是加入辅助电路，增加电路成本，降低系统可靠性；或是输出电压波动较大，需要较大的电容滤波，降低系统功率密度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的软开关调制器输出电压波动大的问题。现提供一种用于无线电能传输系统的软开关调制器。
一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，所述调制器包括增益系数、减法器、积分器、量化器、波形发生器和变周期采样保持器，
变周期采样保持器，用于对量化器输出的信号进行采样保持，输出保持信号；
减法器，用于接收变周期采样保持器的保持信号，将保持信号和给定电压标幺值做差，差值经过增益系数得到增益信号，将该增益信号送入积分器；
积分器，用于对增益信号进行积分运算，得到呈周期性变化的输出信号，将该输出信号送入量化器；
量化器，用于在内部设定多个不同的设定值1/m，m为奇数，若积分器输出信号在某个时刻下靠近其中一个设定值，则将该设定值作为该时刻的输出值，若积分器输出信号在某个时刻下位于相邻两个设定值中间，则取两个设定值中的最大值作为该时刻的输出值，由每个时刻下的输出值构成量化器的输出信号；
波形发生器，用于接收量化器输出信号，根据当前时刻下的量化器输出信号所对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下输出的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号。
优选地，给定电压标幺值为2/3。
优选地，得到呈周期性变化的输出信号，具体为：
得到输出信号值以8/15、4/5、16/15、4/3、16/15和4/5为周期，且呈周期性变化的输出信号。
优选地，根据当前时刻下的量化器输出信号中波形对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号，具体为：
t时刻下，当量化器输出信号值为1时，波形发生器输出1个方波；当波形发生器输出1个方波结束后此时量化器输出信号值为1/3，则波形发生器接着输出3个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，以此类推，从而形成呈周期性变化的软开关调制信号。
优选地，对量化器输出的信号进行采样保持，所述对输出的信号保持的时间Ts表示为：
Figure BDA0002924064640000021
式中，f0为无线电能传输系统的谐振频率，y为量化器输出信号。
优选地，软开关调制信号由两个频率组成，频率fn表示为：
Figure BDA0002924064640000022
式中，Tn为fn的周期。
本发明的有益效果是：
本申请提出一种用于无线电能传输系统发射端逆变器的软开关调制器，在不增加系统硬件和不改变谐振腔电流频率的前提下，生成可实现逆变器软开关运行的调制信号，该调制信号呈周期性变化且信号输出波动小,能够降低逆变器等效开关频率，提高了无线电能传输系统的效率，降低系统的成本。
使用本申请的软开关调制器，逆变器的等效开关频率随着系统输出功率的降低而降低，这将进一步降低逆变器的开关损耗；同时这种软开关调制器生成的调制信号减小了输出电压电流波动。
附图说明
图1为典型无线电能传输系统；
图2为一种用于无线电能传输系统的软开关调制器的原理示意图；
图3为量化器的函数关系图；
图4为给定电压标幺值δ为2/3时的软开关调制信号；
图5为波形发生器输出的输出电压和电流波形，图中u1表示谐振腔电压，i1表示谐振腔电流。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，所述调制器包括增益系数、减法器、积分器、量化器、波形发生器和变周期采样保持器，
变周期采样保持器，用于对量化器输出的信号进行采样保持，输出保持信号；
减法器，用于将保持信号和给定电压标幺值做差，差值经过增益系数得到增益信号，将该增益信号送入积分器；
积分器，用于对增益信号进行积分运算，得到呈周期性变化的输出信号，将该输出信号送入量化器；
量化器，用于在内部设定多个不同的设定值1/m，m为奇数，若积分器输出信号在某个时刻下靠近其中一个设定值，则将该设定值作为该时刻的输出值，若积分器输出信号在某个时刻下位于相邻两个设定值中间，则取两个设定值中的最大值作为该时刻的输出值，由每个时刻下的输出值构成量化器的输出信号；
波形发生器，用于接收量化器输出信号，根据当前时刻下的量化器输出信号所对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下输出的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号。
本实施方式中，若当前时刻下的量化器输出信号所对应的设定值为1/5，则波形发生器输出5个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，给定电压标幺值为2/3。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，得到呈周期性变化的输出信号，具体为：
得到输出信号值以8/15、4/5、16/15、4/3、16/15和4/5为周期，且呈周期性变化的输出信号。
本实施方式中，图4为给定电压标幺值δ为2/3时得到的软开关调制信号。其中，v表示积分器输出信号，y表示量化器输出信号，ys表示输出保持信号，u表示软开关调制信号。图4中，在自然生成THFP这样一个周期中，积分器输出信号v为8/15、4/5、16/15、4/3、16/15和4/5；如图4所示，当积分器输出信号值v为8/15，因为8/15靠近设定奇数值1/3，所以量化器输出信号值y为1/3；
当积分器输出信号值v为4/5，因为4/5靠近设定奇数值1，所以量化器输出信号值y为1；
当积分器输出信号值为16/15，因为16/15靠近设定奇数值1，所以量化器输出信号值y为1；
当积分器输出信号值为4/3，因为4/3靠近设定奇数值1，所以量化器输出信号值y为1；
当积分器输出信号值为16/15，因为16/15靠近设定奇数值1，所以量化器输出信号值y为1；
当积分器输出信号值为4/5，因为4/5靠近设定奇数值1，所以量化器输出信号值y为1；
本实施方式中，图3中的直线表示量化器输入信号(积分器输出信号v)，图3中方波表示量化器输出信号。这里的Nn是逆变器输出电压方波里频率为fn的半周期个数。
从图3可以看出当量化器输入信号v为4/15-2/3时，输出设定值y为1/3，当量化器输入信号v大于2/3时，输出设定值y为1，因此得到图4中的y。图4中u虚线开始时是高电平，这个高电平持续时间得看y值，此时y值是1/3，所以u这个高电平持续三个宽度后结束，u高电平持续三个宽度结束后接着就是低电平，低电平持续多久也是看y，此时y是1，低电平持续一个宽度结束。依照此方法当y为1，u输出1个一号方波，当y为1/3，输出1个二号方波，且二号方波的脉冲宽度等于3个一号方波的脉冲宽度。以此类推。得到u的波形，该波形为软开关调制信号。在自然生成THFP这样一个周期中，软开关调制信号组合为一号方波个数N1＝3，二号方波个数N3＝1。图5为输出电压和电流波形，可以看出图5中的电压和电流波动小。所以应用本申请提出的软开关调制器所生成的调制信号可以使无线电能传输系统逆变器软开关运行。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，根据当前时刻下的量化器输出信号中波形对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号，具体为：
当量化器输出信号值为1时，波形发生器输出1个方波；当波形发生器输出1个方波结束后此时量化器输出信号值为1/3，则波形发生器接着输出3个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，以此类推，从而形成呈周期性变化的软开关调制信号。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，对量化器输出的信号进行采样保持，所述对输出的信号保持的时间Ts表示为
Figure BDA0002924064640000051
式中，f0为无线电能传输系统的谐振频率，y为量化器输出信号。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，软开关调制信号由两个频率组成，频率fn表示为：
Figure BDA0002924064640000052
式中，Tn为fn的周期。

Claims (6)

1.一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，所述调制器包括增益系数、减法器、积分器、量化器、波形发生器和变周期采样保持器，
变周期采样保持器，用于对量化器输出的信号进行采样保持，输出保持信号；
减法器，用于接收变周期采样保持器的保持信号，将保持信号和给定电压标幺值做差，差值经过增益系数得到增益信号，将该增益信号送入积分器；
积分器，用于对增益信号进行积分运算，得到呈周期性变化的输出信号，将该输出信号送入量化器；
量化器，用于在内部设定多个不同的设定值1/m，m为奇数，若积分器输出信号在某个时刻下靠近其中一个设定值，则将该设定值作为该时刻的输出值，若积分器输出信号在某个时刻下位于相邻两个设定值中间，则取两个设定值中的最大值作为该时刻的输出值，由每个时刻下的输出值构成量化器的输出信号；
波形发生器，用于接收量化器输出信号，根据当前时刻下的量化器输出信号所对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下输出的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，给定电压标幺值为2/3。
3.根据权利要求2所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，得到呈周期性变化的输出信号，具体为：
得到输出信号值以8/15、4/5、16/15、4/3、16/15和4/5为周期，且呈周期性变化的输出信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，根据当前时刻下的量化器输出信号中波形对应的设定值1/m，输出对应的m个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，由每个时刻下的方波构成呈周期性变化的软开关调制信号，具体为：
当量化器输出信号值为1时，波形发生器输出1个方波；当波形发生器输出1个方波结束后此时量化器输出信号值为1/3，则波形发生器接着输出3个相同脉冲宽度且电平高度相同的方波，以此类推，从而形成呈周期性变化的软开关调制信号。
5.根据权利要求1所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，对量化器输出的信号进行采样保持，所述对输出的信号保持的时间Ts表示为：
Figure FDA0002924064630000021
式中，f0为无线电能传输系统的谐振频率，y为量化器输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种用于无线电能传输系统的软开关调制器，其特征在于，软开关调制信号由两个频率组成，频率fn表示为：
Figure FDA0002924064630000022
式中，Tn为fn的周期。
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