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

针对SS补偿WPT系统，提出一种抑制次谐波的脉冲密度调制方法

🎯 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 SS补偿 电流振荡

📋 核心要点

  1. 无线电力传输系统中的电流异常振荡是一个关键问题，尤其是在脉冲密度调制（PDM）控制下，次谐波分量是主要诱因。
  2. 论文提出TSE-PDM方法，通过设计噪声传递函数（NTF）的陷波特性，有针对性地消除次谐波，从而抑制电流异常振荡。
  3. 仿真和实验结果验证了TSE-PDM的有效性，且该方法易于实现，对NTF设计偏差具有容忍度，为异常振荡抑制提供了一种直接方案。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种针对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：在SS补偿的无线电力传输（WPT）系统中，使用脉冲密度调制（PDM）控制时，容易出现电流异常振荡现象。这些振荡主要是由次谐波分量引起的，传统的PDM方法难以有效抑制这些次谐波，导致系统性能下降甚至不稳定。因此，需要一种能够有效消除特定次谐波分量的方法，以抑制电流异常振荡。

核心思路：论文的核心思路是通过设计一个具有陷波特性的噪声传递函数（NTF），使得NTF在次谐波频率处具有高衰减，从而抑制这些频率上的噪声分量。由于PDM的输出频谱与噪声传递函数密切相关，通过控制NTF的形状，可以有效地消除目标次谐波，从而抑制电流异常振荡。这种方法的核心在于精确设计NTF的陷波位置和深度，以匹配需要消除的次谐波频率。

技术框架：该方法主要包含以下几个步骤：1) 确定需要消除的次谐波频率；2) 设计具有相应陷波特性的噪声传递函数（NTF）；3) 将设计的NTF应用于脉冲密度调制器（PDM）；4) 将PDM的输出信号用于控制WPT系统的开关器件。整个框架的关键在于NTF的设计，它决定了次谐波抑制的效果。该方法可以应用于WPT系统的原边或副边。

关键创新：该方法最重要的技术创新点在于“目标次谐波消除”（Targeted-Subharmonic-Eliminating）的思想。与传统的PDM方法不同，该方法不是简单地降低整个频谱范围内的噪声，而是有针对性地消除特定的次谐波分量。这种方法更加高效，可以在不影响其他频率分量的情况下，有效地抑制电流异常振荡。此外，该方法对NTF设计偏差具有一定的容忍度，降低了设计的难度。

关键设计：NTF的设计是该方法的关键。具体设计时，需要根据WPT系统的参数和需要消除的次谐波频率，确定陷波的位置和深度。可以使用各种滤波器设计方法来实现NTF，例如IIR滤波器或FIR滤波器。此外，还需要考虑NTF的稳定性和相位特性，以避免引入新的问题。论文中可能给出了具体的NTF设计公式或参数选择方法，但摘要中未明确说明。

📊 实验亮点

论文通过仿真和实验验证了TSE-PDM方法的有效性，能够显著抑制电流异常振荡。虽然摘要中没有给出具体的性能数据，但强调了该方法易于实现，且对噪声传递函数（NTF）设计偏差具有一定的容忍度，这表明该方法具有较强的实用价值。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于各种采用SS补偿拓扑的无线电力传输系统，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场景。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，并降低电磁干扰。

📄 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.