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

📄 arXiv: 2511.23138v1 📥 PDF

作者: Songyan Li, Hongchang Li, Haiyue Jiang, Yudong Zhang, Wenjie Chen, Xu Yang

分类: eess.SY

发布日期: 2025-11-28

💡 一句话要点

提出一种目标次谐波消除的脉冲密度调制方法，用于无线电力传输系统。

🎯 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 噪声传递函数 电流振荡

📋 核心要点

  1. 现有的PDM控制的WPT系统存在次谐波，易激发电流异常振荡，影响系统性能。
  2. 设计特定的噪声传递函数(NTF)来消除次谐波频率分量，从而抑制电流异常振荡。
  3. 实验结果表明，该方法能有效抑制电流异常振荡，降低电流幅度波动，且对耦合系数识别误差具有鲁棒性。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种用于串联-串联(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(PDM)方法。通过专门设计的噪声传递函数(NTF)，消除了在PDM控制的WPT系统中激发电流异常振荡的次谐波频率分量。所提出的方法易于在WPT系统的初级和次级侧实现，并且对NTF设计中不准确的耦合系数识别引起的偏差具有一定的容忍度。实验结果表明，该方法在抑制电流异常振荡和减少电流幅度波动方面是有效和鲁棒的。

🔬 方法详解

问题定义：在采用脉冲密度调制(PDM)的无线电力传输(WPT)系统中，由于开关频率的谐波分量，特别是次谐波分量，容易激发电路中的电流异常振荡，导致系统效率降低和性能不稳定。现有方法难以有效抑制这些次谐波分量，尤其是在耦合系数存在不确定性的情况下。

核心思路：本文的核心思路是通过设计一个特定的噪声传递函数(NTF)，将PDM产生的量化噪声整形到次谐波频率之外，从而消除或显著降低这些频率上的谐波分量。通过抑制这些次谐波，可以避免电流异常振荡，提高WPT系统的稳定性和效率。

技术框架：该方法主要包含以下几个步骤：1) 分析WPT系统的电路模型，确定次谐波频率的位置。2) 设计一个具有特定零点和极点的NTF，使其在次谐波频率上具有较高的衰减。3) 将该NTF应用于PDM调制器中，对量化噪声进行整形。4) 在WPT系统的初级或次级侧实现该PDM调制器。

关键创新：该方法最重要的创新在于针对WPT系统中特定的次谐波频率，设计了专门的NTF。这种针对性的设计使得该方法能够更有效地消除次谐波，而无需像传统方法那样对整个频谱进行抑制。此外，该方法对耦合系数识别误差具有一定的鲁棒性，使其在实际应用中更具优势。

关键设计：NTF的设计是关键。具体来说，需要根据WPT系统的参数（如谐振频率、耦合系数等）来确定次谐波频率的位置，并在这些频率附近设置NTF的零点。NTF的极点位置需要仔细选择，以保证系统的稳定性。此外，PDM调制器的实现方式也会影响系统的性能，可以选择不同的调制策略，如Sigma-Delta调制等。

📊 实验亮点

实验结果表明，所提出的目标次谐波消除PDM方法能够有效抑制WPT系统中的电流异常振荡，并降低电流幅度的波动。具体而言，与传统的PDM方法相比，该方法能够显著降低次谐波分量的幅度，从而提高系统的稳定性和效率。此外，实验还验证了该方法对耦合系数识别误差具有一定的鲁棒性，即使在耦合系数存在偏差的情况下，仍能有效地抑制电流异常振荡。

🎯 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系统的效率和稳定性，延长设备的使用寿命，并降低电磁干扰。

📄 摘要（原文）

This letter proposes a targeted-subharmonic-eliminating pulse density modulation (PDM) method for series-series (SS) compensated wireless power transfer (WPT) systems. The subharmonic frequency components which excite current abnormal oscillations in PDM controlled WPT systems are eliminated through a specially designed noise transfer function (NTF). The proposed method is simple to implement in both primary and secondary sides of WPT systems and exhibits a certain tolerance to deviations caused by inaccurate coupling coefficient identification in NTF design. Experimental results demonstrated the effectiveness and robustness of the proposed method in suppressing current abnormal oscillations and reducing the fluctuations in current amplitudes.