CN119422322A 通过使用混合多级拓扑的用于无线功率接收单元的宽范围功率调节方法 （卡普科技有限公司）

2024.12.13PCT/IL2023/0506172023.06.14WO2023/242847EN2023.12.21通过使用混合多级拓扑的用于无线功率接一种RWPT系统的功率调节的功率接收单元统的功率发送单元(PTU)的电压和电流的目标/频率；通过使用一次谐波近似(FHA)生成总体系2b)确定所述RWPT系统的功率发送单元(PTU)的电压和电流2.根据权利要求1所述的方法，还包括检查用于RWPT系统的角操作点的占空比范围和5.根据权利要求1所述的方法，其中ML后置3c)确定RWPT系统的功率发送单元(PTU)20.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其21.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其中H22.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其中HML后置调节器与AC_DC整流器级级23.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其中功率发送单元(PTU)被建模为电流控24.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其25.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，429.根据权利要求16所述的功率调节的PRU，其中PRU包括高转换HML降压型后置调节5通过使用混合多级拓扑的用于无线功率接收统中用于功率接收单元(PRU)的高性能能够延长功率时段并减少(或者甚至消除)笨重电池在很大程度上取决于耦合方法和系统的功率[0004]存在三种类型的用于无线功率接收单元(PRU)的最先进的功率调节方法：无源调[0005]无源调节(基于谐振网络配置)是一种简单的方法，其中通过适当的谐振网络设总体效率。但是，由于基于谐振的WPT系统通常以工业_科学_医学(ISM)频带(6.78MHz、6[0008]混合多级(HML)拓扑提供大的降压/升压转换比，同时与常规DC_DC转换器相比维[0011]因此，本发明的目的是提供一种具有后置调节级和宽阻抗匹配范围的用于无线[0012]本发明的另一个目的是提供一种用于无线PRU的宽范围功率调节方法，在基于谐振的WPT系统中在常规调节器与HML调节器之间进[0013]本发明的另一个目的是提供一种用于无线PRU的宽范围功率调节方法，同时改进在各种错位和变化下操作的基于HML后置调节器的WPT[0024]该方法还可以包括检查用于RWPT系统的角操作点的占空比范围和后置调节器性7[0064]图1示出了根据本发明的实施例的在PRU处具有混合多级后置调节器的受控RWPT8[0071]图5图示了具有宽输入降压HML降压型后置调节级的电容耦合的双侧LCRWPT系[0074]图8图示了已在PSIM平台中构造的用于本发明的被分析的电容式RWPT系统的模拟[0081]图13a_13b分别示出了用于有补偿和无补偿的升压中等变化的PRU行为模型的波[0086]图17a_17d示出了电容式RWPT系统针对升压中等变化(14pF至20pF)的实验测量；[0088]本发明提供了一种通过使用混合多级(HML)后置调节器对谐振无线功率发送(RWPT)系统中的功率接收单元(PRU)的功率调节方法。已经开发出了用于包括附加调节级[0089]图1示出了根据本发明的实施例的在PRU处具有混合多级后置调节器的受控RWPT置调节级或由多级DC_DC转换器组成的HML后置调节模块被用于调节电压Vload并提供宽阻9MM1M2与CP和CS相比相对低，驱动频率fINV接近谐振器固有乎为正弦波。这是因为由于发送器中谐振器的有效输出阻抗相对高，因此自然促进高Q操其中一次谐波的量值分别为4Vin/π和4Vout/π；ZO是相对于负载的反射阻抗，使得上述结果是在发送器和接收器以相同频率谐振的假设下获得是[0105]通过使用上面讨论的FHA关系，从整流器级的输入看到的反射阻抗ZO可以相对于[0112]图5图示了电容耦合的双侧LCRWPT系统，该系统具有宽输入降压HML降压型后置[0113]图6a_6c图示了多级降压型转换器在稳态下的典型波形。降压型转换器的操作被[0114]HML降压型转换器的转换比函数M(D)与常规降压型转换器完全相同并且等于d[0118]控制RWPT系统中(并且特别是多接收器RWPT系统中)发送器的方法之一是通过恒[0137]5)给定标称操作点，基于所选择的后置调节器，将预测的效率η、[0138]6)检查用于RWPT系统的角操作点的占空比范围和后置调节器性能(这确定了在该[0144]图8图示了已在PSIM平台(PowerSim公司的_PSIM是电子电路模拟软件包，被专门设计用于功率电子器件和马达驱动模拟)中构造的用于本发明的被分析的电容式RWPT系统[0147]图9a和9b分别示出了发送器和接收器的电流和电压的模拟结果。从图9a可以看之间的相位差如预期的约为90°。[0151]图11a11c示出了行为模型测试台中的修改。耦合电容CM已被连续可变电容器模由于中等变化而发生过渡之后，被调谐的系统维持40W操作，其中电流和电压分别稳定在[0157]图14还描绘了串联电容器(SC)降压型转换器的转换范围，以例示WPT中后置调节[0159]虽然SC降压型转换器的最大占空比被限制为50但可以看出，如果系统在CM>[0160]通过表征后置调节级的操作范围和功率转换效率，已经执行了第一组实验验转化为14pF到20pF的耦合变化(升压转换器是一种将电压从其输入升压到其输出的DC_DC这种错位时的低耦合(这增加了端到端系统的更多损耗)，发送器电压VP略微增加至40V峰basedwirelesspowertransfersystemforroadway_poweredmovingelectricsidedLCcompensationcircuitsforinductive_power_transferapplications”，[0176]Y.Zhang和M.A.deRooij，“HowFETsareenablinglargeareawirelesspowertransfer”，IEEEWorkshoponWideBandgapPowerDevicesandtopologiesinresonantwirelesspowertransfersystemsforconsumerbasedonanovelcapacitormatrixforwirelesspowertransfer”，IEEEsystemforrobustwirelesspowertransferviamagneticresonancecoupling”，fullyintegratedresonantregulatingrectifierwithhybridpulsemodulationadaptivesupplycontrolfordeepbrainstimulation”，IEEEJ.Solid_State[0183]H.G.Park等人，“Adesignofawirelesspowerreceivingunitwithahigh_efficiency6.78_MHzactiverectifierusingsharedDLLsformagnetic_[0184]E.Ozalevli等人，“Acost_effectiveadaptiverectifierforlowpowerforwirelesspowerloosely_coupledwirelesspowertransfersystem“Afullyintegrated6Wwirelesspowerreceiveroperatingat6.78MHzwithsystemefficiencyforA4WP,WPC,andPMAapplications”，IEEETrans.Powerofwirelesspowertransfersystems”，载于Proc.IEEE2ndAnnu.SouthernPowercontrolschemeforwirelesspowertransfersystemsusingmagneticresonant[0190]Y.Lei、W.C.Liu和R.C.N.Pilawa_Podgurski，“Ananalyticapowerdensityflying_capacitormultilevelboostconverterforhighstep_up[0193]O.Kirshenboim和M.M.Peretz，“High_efficiencynon_isolatedconvertersidedLCcompensationcircuitsforinductive_power_transferapplications”，[0196]M.P.Theodoridis，“Effectivecapacitivepowertransfer”，IEEEmitigatingtheeffectofparasiticsincapacitivewirelesspowertransfer[0199]R.L.Steigerwald，“Acomparisonofhalf_bridgeresonantconverterMaksimovi⃞,Maksimovi⃞,[0200]RobertW.Erickson和Dragan“Fundamentalsofpowercapacitormultilevelconverterandhybridswitched_capacitorconvertersforlargevoltageconversionratios”，载于Proc.IEEEWorkshoponControlandforresonantwirelesspowertransfer”，载于IEEEAppliedPowerElectronicsofmatchingnetworksforresonant_operatingcapacitivewirelesspower[0205]https://epc_/epc/Portals/0/epc/documents/datasheets/EPC2034_[0206]DE0_NanoDevelopmentandEducationBoardusermanual，terasICInc._[0207]/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/digitalaveragecurrent_modecontrolvoltageregulatormoduleIC”，IEEEdigitalauto_tuningaveragecurrent_modecontroller”，IEEE18thWorkshopon