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申请/专利权人：合肥工业大学

摘要：本发明公开了一种基于变移相角的无线充电系统功率与信号同步控制方法，属于电动汽车无线充电领域，适用于电动汽车无线充电系统。该同步控制方法通过改变信号发送边内移相角α实现信号调制，对采集信号进行快速傅里叶变换实现信号解调，通过有功功率环控制无线充电系统在传递信号时传输有功功率的大小，无功功率环减少无线充电系统在传递信号时传输无功功率的大小。本发明无须增加额外的调制与解调电路等通信设备，只依靠无线电能传输电路即可实现信号传输，且在保证有功功率输出的前提下尽可能减小无功功率的大小，减少了信号传输对电能传输的影响，提高了传输效率。

主权项：1.一种基于变移相角的无线充电系统功率与信号同步控制方法，其特征在于，所述无线充电系统包括原边侧直流电源、副边侧直流电源、双向无线充电模块和控制器，所述双向无线充电模块包括原边侧和副边侧；所述原边侧包括原边侧滤波电容、原边侧H桥电路、原边侧谐振补偿网络和原边侧耦合线圈，其中，原边侧滤波电容与原边侧直流电源并联，原边侧H桥电路与原边侧滤波电容并联，原边侧H桥电路、原边侧谐振补偿网络和原边侧耦合线圈依次串联；所述副边侧包括副边侧滤波电容、副边侧H桥电路、副边侧谐振补偿网络和副边侧耦合线圈，其中，副边侧滤波电容与副边侧直流电源并联，副边侧H桥电路与副边侧滤波电容并联，副边侧H桥电路、副边侧谐振补偿网络和副边侧耦合线圈依次串联；副边侧耦合线圈通过互感M接收原边侧耦合线圈发射的电磁场，并转化为电能；所述控制器包括原边侧控制器和副边侧控制器，原边侧控制器、副边侧控制器分别用于原边侧驱动信号、副边侧驱动信号的处理及发送；所述原边侧H桥电路包括4个具有反向并联二极管的开关管，分别记为开关管S11、开关管S12、开关管S13和开关管S14，其中，开关管S11的发射极和开关管S12的集电极串联组成原边侧第一桥臂，且接点记为原边侧第一桥臂中点A，开关管S13的发射极和开关管S14的集电极串联组成原边侧第二桥臂，且接点记为原边侧第二桥臂中点B，A和B构成原边侧H桥电路的输出端；所述副边侧H桥电路包括4个具有反向并联二极管的开关管，分别记为开关管s21、开关管S22、开关管S23和开关管S24，其中，开关管S21的发射极和开关管S22的集电极串联组成副边侧第一桥臂，且接点记为副边侧第一桥臂中点C，开关管S23的发射极和开关管s24的集电极串联组成副边侧第二桥臂，且接点记为副边侧第二桥臂中点D，C和D构成副边侧H桥电路的输出端；所述同步控制方法包括以下步骤：步骤1，信号载波与基带信号的确定将驱动信号的基波频率记为基波频率f1，将频率为f3的三次谐波记为信号载波，f3＝3f1；将无线充电系统需要传输的原始信号记为基带信号，所述基带信号为方波信号，基带信号的周期为Tz；基带信号中的高低电平对应着需要传输的数字信号，当基带信号为高电平时，无线充电系统传输的数字信号为“1”，当基带信号为低电平时，无线充电系统传输的数字信号为“0”；步骤2，信号发送边和信号接收边的确定当原边侧向副边侧发送基带信号或者副边侧向原边侧发送基带信号时，将发送基带信号的一边称为信号发送边，将接收基带信号的一边称为信号接收边；步骤3，采样采样信号发送边H桥电路的输出电压并记为信号发送边电压u0、采样信号接收边H桥电路的输出电压并记为信号接收边电压u1、采样信号接收边H桥电路的输出电流并记为信号接收边电流i1、采样信号接收边的耦合线圈电流并记为信号接收边耦合电流ir；步骤4，信号发送边H桥电路信号调制设计记信号发送边内移相角为α，谐波次数为k，对信号发送边电压u0经傅里叶级数展开得到信号发送边电压u0的k次谐波分量幅值的标幺值uk，然后计算得到信号发送边电压u0的3次谐波分量幅值的标幺值，并记为3次谐波标幺值|U|；信号发送边H桥电路控制信号为信号发送边内移相角α，以信号发送边内移相角α为自变量计算3次谐波标幺值|U|，并将3次谐波标幺值|U|为0时对应的信号发送边内移相角α记为第一内移相角α1，将3次谐波标幺值|U|为最大值时对应的信号发送边内移相角α记为第二内移相角α2；信号发送边H桥电路信号调制的编码规则为：当无线充电系统传输的数字信号为“1”时，将信号发送边内移相角α改变为第一内移相角α1，当无线充电系统传输的数字信号为“0”时，将信号发送边内移相角α改变为第二内移相角α2；步骤5，信号接收边H桥电路控制设计步骤5.1，引入相位差其中，∠u1为信号接收边电压u1的相位，∠i1为信号接收边电流i1的相位；根据相位差信号接收边电压u1和信号接收边电流i1，得到信号接收边H桥电路输出有功功率P1和信号接收边H桥电路输出无功功率Q1；步骤5.2，根据相位差信号接收边电压u1和信号接收边电流i1，得到信号接收边H桥电路输出有功功率标幺值P1*；根据给定的信号接收边H桥电路输出有功功率指令标幺值P*和信号接收边H桥电路输出有功功率标幺值P1*计算得到信号接收边H桥电路输出有功功率标幺值误差信号δ1，δ1＝P*-P1*；根据信号接收边H桥电路输出有功功率控制方程得到外移相角γ；步骤5.3，根据相位差信号接收边电压u1和信号接收边电流i1，得到信号接收边H桥电路输出无功功率标幺值Q1*；根据给定的信号接收边H桥电路输出无功功率指令标幺值Q*和信号接收边H桥电路输出无功功率标幺值Q1*得到信号接收边H桥电路输出无功功率标幺值误差信号δ2，δ2＝Q*-Q1*；根据信号接收边H桥电路输出无功功率控制方程得到信号接收边内移相角β，信号接收边H桥电路控制信号为信号接收边内移相角β和外移相角γ的协同；步骤6，基带信号的解调对信号接收边耦合电流ir进行快速傅里叶变换后得到频率为f3的信号载波在频域的幅值Sp；定义幅值参考值c，c＝F1+F22，其中，F1为第一内移相角α1时的信号载波频域的幅值，F2为第二内移相角α2时的信号载波频域的幅值；信号接收边的控制器按照下述规则判断并发送基带信号：当Sp＞c时，判断发送的数字信号为“0”，输出低电平信号；当Sp＜c时，判断发送的数字信号为“1”，输出高电平信号。

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