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储能系统技术 储能系统 DC-DC变换器 ★ 5.0

一种带后级DC-DC变换器的无线功率传输系统频率设计方法

A Frequency Design Method for Wireless Power Transfer Systems With PostStage DC–DC Converters

作者 Baichuan Zhang · Shuai Dong · Haotian Zhang · Xin Gao · Chunbo Zhu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年7月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DC-DC变换器
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 无线电能传输 直流-直流转换器 低频振荡 频率设计方法 系统稳定性
语言:

中文摘要

在无线电能传输(WPT)系统中,后级直流 - 直流(dc - dc)转换器(如降压转换器)通常在整流器之后使用,以实现精确的功率调节。这种架构有效地将系统分为两级:前端的无线电能传输链路和后端的直流 - 直流转换器,二者通过接收端的直流链路相互连接。然而,如果这两级的开关频率设计不当或缺乏协调,系统可能会出现电压或电流波形的低频振荡问题。本文提出了一种频率设计方法,以减轻无线电能传输系统中的级间动态相互作用。通过稳态电路分析和小信号建模,分析了低频振荡的潜在机制。基于这些分析结果,制定了频率规划策略,以确保系统的稳定性。实验结果验证了所提出方法的准确性和在实际应用中的有效性。

English Abstract

In wireless power transfer (WPT) systems, poststage dc–dc converters—such as buck converters—are commonly employed after the rectifier to achieve precise power regulation. This architecture effectively divides the system into two stages: the WPT transmission link at the front-end and the dc–dc converter at the back-end, interconnected via the dc link on the receiver side. However, if the switching frequencies of the two stages are improperly designed or lack coordination, the system may suffer from undesired low-frequency oscillations in voltage or current waveforms. This letter proposes a frequency design methodology to mitigate interstage dynamic interactions in WPTsystems. The underlying mechanisms of low-frequency oscillations are analyzed through steady-state circuit analysis and small-signal modeling. Based on these insights, a frequency planning strategy is developed to ensure system stability. Experimental results validate the proposed method, confirming its accuracy and effectiveness in practical applications.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的无线电能传输(WPT)系统频率设计方法具有重要的技术参考价值,尤其在储能系统和电动汽车充电领域的应用拓展方面。

该研究针对WPT系统中前级传输链路与后级DC-DC变换器之间的动态交互问题,提出了系统性的频率协调设计方法。这一技术对阳光电源当前的产品线具有多维度启示:首先,在储能系统的双向变换器设计中,多级功率变换架构的稳定性控制一直是核心挑战,论文提出的小信号建模和频率规划策略可直接应用于优化我司储能PCS产品的级联控制架构,抑制直流母线电压振荡,提升系统动态响应性能。

其次,随着电动汽车无线充电技术的快速发展,阳光电源若布局该领域,此技术可为大功率无线充电系统的开发提供理论基础。论文解决的低频振荡问题在高功率密度应用中尤为突出,其频率协调方法能有效提升系统可靠性,这对我司进军电动汽车充电基础设施市场具有战略意义。

从技术成熟度评估,该方法基于成熟的电路分析和控制理论,已通过实验验证,工程化难度适中。主要挑战在于不同功率等级和拓扑结构下的参数优化需要积累大量设计经验。建议我司技术团队关注该技术在多端口储能系统、模块化逆变器级联控制等场景的延伸应用,同时可考虑将频率协调理念融入现有产品的控制算法优化中,提升系统集成度和抗干扰能力,巩固在新能源电力电子领域的技术领先地位。