CN112491154B - 动态无线供电***接收端多模块siso电路拓扑的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑及控制方法，所述电路拓扑结构具体包括磁耦合机构和补偿拓扑，接收端电能变换器和负载；所述磁耦合机构和补偿拓扑与接收端电能变换器相连接，接收端电能变换器与负载相连接；所述接收端电能变换器分为两个电能变换模块，每个电能变换模块均包含不控整流桥和buck‑boost电路模块；本发明应用于电动汽车，自动导引车，轨道交通等对象的动态无线供电领域；接收端变换器输出侧串联，两组串联的接收端电能变换器内部相互独立，具备模块化使用的优势，使用更多模块串联以实现更大功率与更宽范围的电压调节幅度，实现在更宽范围输入情况下的输出电能稳定性。

Description

动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑的控制方法
技术领域
本发明涉及无线供电领域，具体地，涉及动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑的控制方法。
背景技术
目前市面上的大功率动态无线供电***接收端能量变换电路方案普遍存在以下问题：
1.动态无线供电***的基本结构如图1所示，分为原边***(地面部分)与副边***(车载部分)两大部分，在大功率应用中，通常要使副边无线电能传输技术***输出的感应电压足够高以满足传输功率与效率的需求，但是由于电力电子器件的电压应力阈值和成本的限制，副边电能管理部分的输入电压一般要限制在一定的范围之内。
2.图2所示的两种典型的应用在大功率无线供电***中的副边能量管理电路结构，图2(a)中DC-DC变换模块中通常使用IGBT或功率MOSFET作为开关器件，图2(b)中使用可控整流模块作为能量管理电路的主要模块，通常使用MOSFET作为开关器件，这两种器件由于现有制造技术的限制，其功率容量与频率存在交叉限制，不能实现电动汽车大功率高效率的能量输出。
3.动态无线供电***中，由于原副边线圈的位置随车辆运动而实时变化，其副边耦合的电压波动较大，因而高频整流模块有着宽范围的电能输入需求，在相同的输出功率等级下，高频整流输入可承受的输入电压越低，接收端线圈中运行的平均电流越大，不利于提升***传输效率，也不利于接收端线圈的轻薄化与小型化，长期运行时的安全性和经济性也就越差。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前电动汽车，自动导引车(AGV)，轨道交通等对象的动态无线供***存在传输效率低，接收端模块过大，安全性和经济性差等问题，提出了一种电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路以及控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑，所述SISO电路是一种基于接收端buck-boost电路模块的输入串联、输出串联的副边能量管理电路；所述电路拓扑结构具体包括磁耦合机构和补偿拓扑，接收端电能变换器和负载；所述磁耦合机构和补偿拓扑与接收端电能变换器相连接，接收端电能变换器与负载相连接；所述接收端电能变换器包含第一电能变换模块和第二电能变换模块，第一电能变换模块包含第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块，第二电能变换模块包含第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块，所述第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块相连接，所述第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块相连接。
进一步地，第一不控整流桥和第二不控整流桥串联连接，所述的第一不控整流桥中包含二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和电容C1；所述电容C1的一端分别和二极管D5、二极管D6的一端连接，二极管D5的另一端和二极管D7的一端连接，二极管D6的另一端和二极管D8的一端连接，电容C1的另一端分别和二极管D7、二极管D8的另一端相连接，所述第二不控整流桥的结构和第一不控整流桥的结构相同。
进一步地，第一buck-boost电路模块和第二buck-boost电路模块串联连接，所述的第一buck-boost电路模块包含二极管D1、二极管D2、IGBT管S1、IGBT管S2、电容C2和电感L1；所述IGBT管S1的一端和电容C1的一端相连接，IGBT管S1的另一端分别与电感L1的一端和二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT管S2的一端和电容C2的一端连接，电感L1的另一端分别与二极管D2的一端和IGBT管S2的另一端相连接，二极管D2的另一端和电容C2的另一端连接；所述第二buck-boost电路模块的结构和第一buck-boost电路模块的结构相同。
进一步地，所述负载为电动汽车电池或电池和电机。
进一步地，所述磁耦合机构为线圈绕制的电感；所述补偿拓扑由电容或电感和电容组成。
电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑的控制方法，谐振线圈接收的电能经两路串联的全桥整流电路输入接收端电能变换器，通过调整两路接收端电能变换器，同时开通或关断一组IGBT实现两个接收端输入侧同时导通，此时两个buck-boost电路模块中的四个IGBT管或四个二极管分担接收端输出电压应力，提升了一倍接收端电压输入上限；所述控制方法有两种典型的工作状态，接收端电能变换器输出侧串联连接，通过单占空比PWM调节，控制IGBT管时序进行无缝升压/降压转换，为负载充电，实现输出功率控制。
进一步地，所述两种典型的工作状态具体为：
(1)工作状态1，PWM1处于高电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2导通，二极管D1、D2关断，电感L1电流上升；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4导通，二极管D3、D4关断，电感L2电流上升；
(2)工作状态2，PWM1处于低电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2关断，二极管D1、D2导通，电感L1电流下降；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4关断，二极管D3、D4导通，电感L2电流下降。
附图说明
图1为现有技术中动态无线供电***基本结构示意图；
图2为现有技术中两种典型的副边能量管理电路结构示意图；其中(a)为使用DC-DC模块的副边能量管理电路结构，(b)为使用DC-DC模块的副边能量管理电路结构；
图3为基于buck-boost模块的SISO副边能量管理结构；
图4为两种典型的IGBT管的工作状态，其中(a)为工作状态1，(b)为工作状态2；
图5为PWM控制信号和电感电流图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本，但不以任何形式限制本。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，在没有做出创造性进步前提下所提出的实施例。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的目的是为了解决目前电动汽车，自动导引车(AGV)，轨道交通等对象的动态无线供***存在传输效率低，接收端模块过大，安全性和经济性差等问题，提出了电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路以及其控制方法。
其中大功率指20kW-200kW功率范围内的的应用环境。
结合图1-图5，本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出了：电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑，所述SISO电路是一种基于接收端buck-boost电路模块的输入串联、输出串联的副边能量管理电路；所述电路拓扑结构具体包括磁耦合机构和补偿拓扑，接收端电能变换器和负载；所述磁耦合机构和补偿拓扑与接收端电能变换器相连接，接收端电能变换器与负载相连接；所述接收端电能变换器包含第一电能变换模块和第二电能变换模块，第一电能变换模块包含第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块，第二电能变换模块包含第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块，所述第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块相连接，所述第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块相连接。
第一不控整流桥和第二不控整流桥串联连接，所述的第一不控整流桥中包含二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和电容C1；所述电容C1的一端分别和二极管D5、二极管D6的一端连接，二极管D5的另一端和二极管D7的一端连接，二极管D6的另一端和二极管D8的一端连接，电容C1的另一端分别和二极管D7、二极管D8的另一端相连接，所述第二不控整流桥的结构和第一不控整流桥的结构相同。
第一buck-boost电路模块和第二buck-boost电路模块串联连接，所述的第一buck-boost电路模块包含二极管D1、二极管D2、IGBT管S1、IGBT管S2、电容C2和电感L1；所述IGBT管S1的一端和电容C1的一端相连接，IGBT管S1的另一端分别与电感L1的一端和二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT管S2的一端和电容C2的一端连接，电感L1的另一端分别与二极管D2的一端和IGBT管S2的另一端相连接，二极管D2的另一端和电容C2的另一端连接；所述第二buck-boost电路模块的结构和第一buck-boost电路模块的结构相同。
所述负载为电动汽车电池或电池和电机。
所述磁耦合机构为线圈绕制的电感；所述补偿拓扑由电容或电感和电容组成。
由于两组串联的接收端电能变换器内部相互独立，因而该发明具备模块化使用的优势，可以使用更多模块串联以实现更大功率与更宽范围的电压调节幅度。
电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑的控制方法，谐振线圈接收的电能经两路串联的全桥整流电路输入接收端电能变换器，通过调整两路接收端电能变换器，同时开通或关断一组IGBT实现两个接收端输入侧同时导通，此时两个buck-boost电路模块中的四个IGBT管或四个二极管分担接收端输出电压应力，提升了一倍接收端电压输入上限；所述控制方法有两种典型的工作状态，接收端电能变换器输出侧串联连接，通过单占空比PWM调节，控制IGBT管时序进行无缝升压/降压转换，为负载充电，实现输出功率控制。
所述两种典型的工作状态具体为：
(1)工作状态1，PWM1处于高电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2导通，二极管D1、D2关断，电感L1电流上升；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4导通，二极管D3、D4关断，电感L2电流上升；
(2)工作状态2，PWM1处于低电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2关断，二极管D1、D2导通，电感L1电流下降；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4关断，二极管D3、D4导通，电感L2电流下降。
以上对本发明所提供的电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑及控制方法，进行了详细介绍，本文中对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.电动汽车大功率动态无线供电***接收端多模块SISO电路拓扑的控制方法，其特征在于：所述SISO电路是一种基于接收端buck-boost电路模块的输入串联、输出串联的副边能量管理电路；所述电路拓扑结构具体包括磁耦合机构和补偿拓扑，接收端电能变换器和负载；所述磁耦合机构和补偿拓扑与接收端电能变换器相连接，接收端电能变换器与负载相连接；所述接收端电能变换器包含第一电能变换模块和第二电能变换模块，第一电能变换模块包含第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块，第二电能变换模块包含第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块，所述第一不控整流桥和第一buck-boost电路模块相连接，所述第二不控整流桥和第二buck-boost电路模块相连接，
谐振线圈接收的电能经两路串联的全桥整流电路输入接收端电能变换器，通过调整两路接收端电能变换器，同时开通或关断一组IGBT实现两个接收端输入侧同时导通，此时两个buck-boost电路模块中的四个IGBT管或四个二极管分担接收端输出电压应力，提升了一倍接收端电压输入上限；所述控制方法有两种工作状态，接收端电能变换器输出侧串联连接，通过单占空比PWM调节，控制IGBT管时序进行无缝升压/降压转换，为负载充电，实现输出功率控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：第一不控整流桥和第二不控整流桥串联连接，所述的第一不控整流桥中包含二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和电容C1；所述电容C1的一端分别和二极管D5、二极管D6的一端连接，二极管D5的另一端和二极管D7的一端连接，二极管D6的另一端和二极管D8的一端连接，电容C1的另一端分别和二极管D7、二极管D8的另一端相连接，所述第二不控整流桥的结构和第一不控整流桥的结构相同。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：第一buck-boost电路模块和第二buck-boost电路模块串联连接，所述的第一buck-boost电路模块包含二极管D1、二极管D2、IGBT管S1、IGBT管S2、电容C2和电感L1；所述IGBT管S1的一端和电容C1的一端相连接，IGBT管S1的另一端分别与电感L1的一端和二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT管S2的一端和电容C2的一端连接，电感L1的另一端分别与二极管D2的一端和IGBT管S2的另一端相连接，二极管D2的另一端和电容C2的另一端连接；所述第二buck-boost电路模块的结构和第一buck-boost电路模块的结构相同。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述负载为电动汽车电池或电池和电机。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述磁耦合机构为线圈绕制的电感；所述补偿拓扑由电容或电感和电容组成。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述两种工作状态具体为：
(1)工作状态1，PWM1处于高电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2导通，二极管D1、D2关断，电感L1电流上升；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4导通，二极管D3、D4关断，电感L2电流上升；
(2)工作状态2，PWM1处于低电平，第一buck-boost电路模块IGBT管S1、S2关断，二极管D1、D2导通，电感L1电流下降；第二buck-boost电路模块IGBT管S3、S4关断，二极管D3、D4导通，电感L2电流下降。
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