CN111342562A - 一种注入lcc-s拓扑结构的spwm波生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注入LCC‑S拓扑结构的SPWM波生成方法，包括以下步骤：确定载波频率、调制波频率和载波比，根据载波比设置待调制的正弦波n个采样点并采集正弦函数值kn，n∈(1，10)；将采集的正弦函数值kn送入DSP信号处理器中计算每个周期内的占空比和高电平持续时间；根据占空比和高电平持续时间，在正弦波的正半个周期内，控制开关管S1、开关管S4导通；在正弦波的负半周期内，控制开关管S2、开关管S3导通，产生SPWM波；调节逆变器的等效输出电压，根据期望的正弦基波幅值，计算修改后的占空比；根据修改后的占空比重新配置PWM信号调节等效输出电压。本方法注入电流的高次谐波分量较低，且输出电压通过调节调制比控制，直接通过DSP信号处理器编程控制，可靠性高且扩展性强。

Description

一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方 法。
背景技术
随着人类社会的发展，人类社会对电力的依赖程度越来越高，工业生产、日常生活的方 方面面都离不开电能。因此，人们对于电能的供给方式提出了新的要求。近几年来，无线电 能传输技术蓬勃发展，无线电能传输技术以其便捷性与灵活性受到广大研究者以及使用者的 青睐。
LCC-S结构是无线电能传输***的一种常见拓扑，这种拓扑结构具有发射线圈电流恒定、 接收线圈输出电压恒定的优点，且拓扑结构设计方法成熟，设计过程简单。
传统的LCC-S***常采用一定频率的方波电压输入，通过拓扑结构本身的滤波特性在输 出线圈侧得到纯正正弦波输出电压。由傅里叶分析可知，方波本身含有高次谐波分量，而LCC-S ***具有三次谐波通路，因此有三次谐波电流流通；同时，方波注入的LCC-S***输出电压 只能通过改变直流电压调节，因此若需要电压与功率控制则应配合可调直流电压源实现，系 统结构复杂度增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对LCC-S***输入电流谐波含量高、输出电压控制较复 杂的问题，提出了一种SPWM波注入的LCC-S***，以减少输入电流谐波含量和对输出电压 进行控制。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其中：包括以下步骤：
步骤A：确定载波频率、调制波频率和载波比，根据载波比设置待调制的正弦波n个采 样点并采集正弦函数值kn，n∈(1，10)；
步骤B：将采集的正弦函数值kn送入DSP信号处理器中计算每个周期内的占空比和高电 平持续时间；
步骤c：根据占空比和高电平持续时间，在正弦波的正半个周期内，控制开关管S1、开 关管S4导通；在正弦波的负半周期内，控制开关管S2、开关管S3导通，产生SPWM波；
步骤D：调节逆变器的等效输出电压，根据期望的正弦基波幅值，计算修改后的占空比；
步骤E：根据修改后的占空比值重新配置PWM信号调节等效输出电压。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的调制波频率为20kHz，载波频率为400kHz，载波比为20。
上述的步骤B具体为：根据载波频率计算周期：
Figure BDA0002414446930000021
设直流侧输入电压为E，期望的正弦基波幅值为U，则根据面积等效原理：
Figure BDA0002414446930000022
其中：Kn为对应的正弦波表值，T2为每个小开关周期内高电平应持续的时间，因此， 对应每个周期内的占空比计算公式为：
Figure BDA0002414446930000023
上述的直流侧输入电压E为200V。
6、上述的步骤D具体为：
根据期望的正弦基波幅值U′和直流侧输入电压E计算修改后的占空比a′，
Figure BDA0002414446930000024
本发明的有益效果：
本发明提出了一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，该***注入电流的高次谐波 分量较低，且输出电压可以通过调节调制比控制，该方法实现简单，且直接通过DSP信号处 理器编程控制，可靠性高且易于与其它控制策略和控制方法相结合，可扩展性强。
附图说明
图1是本发明的流程结构示意图；
图2是本发明的LCC-S***结构示意图；
图3是本发明的SPWM调制原理图；
图4是本发明的SPWM调制波生成流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，LCC-S补偿无线电能传输***拓扑结构的输入电压保持恒定，对逆变器进 行SPWM调制，取载波频率为400kHz，调制波频率为20kHz，此时输出电压U1的波形为SPWM 调制波形，其基波分量含量较高，***的输入电压可以等效为20kHz的正弦波形。下面具体 介绍***的SPWM波生成方法和输入电压调节方法。
SPWM波生成方法：
对于SPWM波的生成有数字方法和模拟方法。本发明利用数字方法生产SPWM波形。载波 频率为400kHz，调制波频率为20kHz，因此在每个正弦波周期内需要20个采样点，由于正弦 波的正负半周幅值的对称性，只需要将正弦函数的取值以正弦波表的形式存储于DSP信号处 理器中即可实现SPWM波形的计算工作。记正弦函数表如下表，取十个采样点：
Figure BDA0002414446930000031
载波频率为400kHz，则周期为：
Figure BDA0002414446930000032
设直流侧输入电压为E，期望的正弦基波幅值为U，则根据面积等效原理：
Figure BDA0002414446930000033
上式中，Kn为对应的正弦波表值，T2为每个小开关周期内高电平应持续的时间，因此， 对应每个周期内的占空比计算公式为：
Figure BDA0002414446930000034
由上式可知，已知T1和占空比α则可计算出高电平持续时间，因此，只需要对DSP的PWM模式、PWM频率和定时器按照计算结果进行设置，即可得到相应的SPWM波形。产生SPWM波形的流程图如图3所示。
在正弦波的正半个周期内，按SPWM波形控制开关管1、4导通，在负半个周期内则控制 开关管2、3导通，由此产生的波形类似于单极性调制的SPWM输出波形。
电压调节方法：
若想调节逆变器的等效输出电压，则由式(2)可知，只需要在程序中对期望的正弦基波 幅值进行调整即可，修改后的占空比计算公式为：
Figure BDA0002414446930000041
因此，只需要按修改后的α值重新配置PWM信号即可实现输出电压的调节；但由SPWM调 制理论，当逆变器处于过调制状态时***的输出波形高次谐波含量会显著上升，因此使用时 限制输出电压正弦基波幅值为1.1E，理论上通过调节参数U可以做到对输出电压正弦基波幅 值连续可调，但实际上由于DSP的PWM波形分辨率的限制，输出电压调节精度会受到一定限 制。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于 本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：确定载波频率、调制波频率和载波比，根据载波比设置待调制的正弦波n个采样点并采集正弦函数值kn，n∈(1，10)；
步骤B：将采集的正弦函数值kn送入DSP信号处理器中计算每个周期内的占空比和高电平持续时间；
步骤c：根据占空比和高电平持续时间，在正弦波的正半个周期内，控制开关管S1、开关管S4导通；在正弦波的负半周期内，控制开关管S2、开关管S3导通，产生SPWM波；
步骤D：调节逆变器的等效输出电压，根据期望的正弦基波幅值，计算修改后的占空比；
步骤E：根据修改后的占空比值重新配置PWM信号调节等效输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其特征在于：所述SPWM调制波形的调制波频率为20kHz，载波频率为400kHz，载波比为20。
3.根据权利要求2所述的一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其特征在于：根据载波频率计算周期：
Figure FDA0002414446920000011
设直流侧输入电压为E，期望的正弦基波幅值为U，则根据面积等效原理：
Figure FDA0002414446920000012
其中：Kn为对应的正弦波表值，T2为每个小开关周期内高电平应持续的时间，因此，对应每个周期内的占空比计算公式为：
Figure FDA0002414446920000013
4.根据权利要求3所述的一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其特征在于：所述步骤B具体为：所述直流侧输入电压E为200V。
5.根据权利要求4所述的一种注入LCC-S拓扑结构的SPWM波生成方法，其特征在于：所述步骤D具体为：
根据期望的正弦基波幅值U′和直流侧输入电压E计算修改后的占空比a′，
Figure FDA0002414446920000014
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