Targeted-Subharmonic-Eliminating Pulse Density Modulation for Wireless Power Transfer System

📄 arXiv: 2509.01537v1 📥 PDF

作者: Songyan Li, Hongchang Li

分类: eess.SY

发布日期: 2025-09-01

💡 一句话要点

提出一种目标次谐波消除脉冲密度调制方法，用于抑制无线电力传输系统中的异常电流振荡。

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 无线电力传输 脉冲密度调制 次谐波消除 电流振荡抑制 噪声传递函数

📋 核心要点

  1. 无线电力传输系统中的次谐波会引起电流异常振荡，影响系统稳定性和效率。
  2. 设计具有陷波特性的噪声传递函数，以消除激发电流异常振荡的次谐波分量。
  3. 仿真和实验验证了该方法在抑制电流异常振荡方面的有效性，且易于实现。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种用于SS补偿无线电力传输（WPT）系统的目标次谐波消除脉冲密度调制（TSE-PDM）方法。通过设计具有陷波特性的噪声传递函数，消除了激发电流异常振荡的次谐波分量。仿真和实验结果表明，TSE-PDM在抑制电流异常振荡方面是有效的。所提出的方法易于在WPT系统的原边或副边实现，并且对NTF设计中的偏差具有一定的容忍度，代表了PDM控制的WPT系统中抑制异常振荡的最直接方法。

🔬 方法详解

问题定义：无线电力传输（WPT）系统，特别是采用脉冲密度调制（PDM）控制的系统，容易受到次谐波的影响，导致电流出现异常振荡。这种振荡会降低系统的效率，甚至可能损坏硬件。现有的抑制方法可能复杂或对参数变化敏感。

核心思路：本文的核心思路是通过设计一个具有特定陷波特性的噪声传递函数（NTF），来选择性地消除WPT系统中产生异常振荡的次谐波分量。通过精确地抑制这些有害频率的能量，可以有效地抑制电流异常振荡。

技术框架：该方法主要包括以下几个步骤：1) 分析WPT系统的谐波特性，确定需要消除的次谐波频率；2) 设计一个具有陷波特性的NTF，使其在目标次谐波频率处具有高衰减；3) 将设计的NTF集成到PDM控制器中，实现目标次谐波消除；4) 在WPT系统中实施该方法，并进行仿真和实验验证。

关键创新：该方法的主要创新在于其目标性。传统的谐波抑制方法可能抑制所有谐波，而TSE-PDM仅针对引起异常振荡的特定次谐波进行消除，从而避免了不必要的能量损失。此外，该方法对NTF设计中的偏差具有一定的容忍度，使其更易于实际应用。

关键设计：NTF的设计是该方法的关键。陷波频率需要根据WPT系统的具体参数进行精确调整，以确保能够有效地消除目标次谐波。此外，NTF的带宽和衰减深度也需要进行优化，以在抑制次谐波的同时，避免对其他频率产生不利影响。具体的参数设置和优化方法可能需要根据实际应用场景进行调整。

📊 实验亮点

论文通过仿真和实验验证了TSE-PDM方法的有效性。实验结果表明，该方法能够显著抑制WPT系统中的电流异常振荡，提高了系统的稳定性和效率。此外，该方法对NTF设计中的偏差具有一定的容忍度，使其更易于实际应用。具体性能提升数据未知，需要在论文中查找。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于各种无线电力传输系统，例如电动汽车无线充电、便携式电子设备无线充电、以及工业自动化中的无线供电等。通过抑制电流异常振荡，可以提高WPT系统的效率、稳定性和可靠性，延长设备寿命，并降低维护成本。未来，该技术有望推动无线电力传输技术的进一步发展和普及。

📄 摘要（原文）

This letter proposes a targeted-subharmonic-eliminating pulse density modulation (TSE-PDM) method for SS- compensated WPT systems. By designing a noise transfer function with notch characteristics, the subharmonic components which excite current abnormal oscillations were eliminated. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of the TSE-PDM in suppressing current abnormal oscillations. The proposed method is easy to implement in either primary or secondary side of the WPT system and exhibits a certain tolerance to deviations in NTF design, representing the most straightforward method for abnormal oscillation suppression in PDM controlled WPT systems.