[发明专利]具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，具体地，本发明涉及一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑。

背景技术

无线电能传输技术由于具有安全、可靠、环境适用性强等有点，正受到越来越多的关注。随着新能源汽车以及智能终端等领域的发展，无线电能传输技术将具有广阔的应用前景。高频逆变器作为磁耦合谐振式无线电能传输系统的重要组成部分，其效率及频率特性对于系统性能有直接影响。E类逆变器电路由于具有高频高效性，是近、中距离无线电能传输系统的首选逆变拓扑之一。因此，对其进行改进具有重要意义。

为了在有载品质因数较高情况下实现较宽的频率工作范围，现有的一种解决方案是使用可变电感或电容器件来实现逆变器的动态调谐，即利用磁芯的非线性工作区，实现逆变器输出电感的等效感值可控，从而实现工作频率的调节。采用电容矩阵来实现工作频率的条件。由此可见，上述的现有技术方案虽然能够实现逆变器工作频率的扩展，但是其控制复杂。不仅没有降低元件的损耗，同时其引入的控制电路也消耗的部分功率。

为了实现多路E类逆变器电路的功率合成输出，在现有的负载固定的射频微波应用中，通常可以使用功率合成器来实现，如威尔金森电桥等。但是，无线电能传输系统的负载阻抗往往随着工况的不同而变化。因此，用于射频微波应用的功率合成方案并不能直接用于磁耦合谐振式无线电能传输系统。有一种双E类逆变拓扑，但是其逆变拓扑仅能等效实现两倍于单个E类逆变器电路的输出功率，而不能正在实现多个E类逆变器电路的功率合成。此外，该拓扑是用于感应加热领域，不能直接用于磁耦合谐振式无线电能传输系统。

在传统的E类逆变器电路中，为了获得正弦度较好的输出波形，需要提高其有载品质因数。但是，随着有载品质因数的提高，逆变器对于谐振参数，如电感、电容、频率等的变化越来越敏感。这使得E类逆变器电路可工作的频率范围非常窄，不利于其在多谐振环节的情况下正常工作，如磁耦合谐振式的无线电能传输系统。同时，有载品质因数的提高需要以提高器件无功容量为代价，这使得电感器件的损耗增加，不利于逆变器效率的提高。此外，有载品质因数过高也不利于逆变器的软开关实现。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑。本发明使得逆变器可以在很低的有载品质因数(低于1)情况下工作，使得其可以适应电感参数、电容参数、以及工作频率的大幅(正负20％)变化；同时还降低了电感器件的损耗，提高了逆变器效率；本发明所提出的拓扑实现了多路E类逆变器的功率合成输出，有助于解决现有E类逆变器输出功率等级较低的问题。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑，包括n路E类逆变器电路单元，其中n为自然数，E类逆变器电路单元之间并联设置；每路E类逆变器电路单元包括两路逆变器电路；每路E类逆变器电路包括输入电感，输入电感连接有开关管、第一电容和第二电容，第二电容连接有输出电感，输出电感与负载电路相连，输入电感与电源连接；每路E类逆变器电路单元中的E类逆变器电路并联设置。

进一步的改进，n＝1。

进一步的改进，所述负载电路包括负载，负载通过第七电容连接有发射线圈；负载连接有第一线圈和第三电容，第一线圈连接有第四电容和第一路E类逆变器电路的输入电感，第四电容连接第三电容、第一路E类逆变器电路的第一电容和第一路E类逆变器电路的开关管；发射线圈连接有第二线圈和第五电容，第二线圈连接有第六电容和第二路E类逆变器电路的输入电感，第六电容连接第五电容、第二路E类逆变器电路的第一电容和第二路E类逆变器电路的开关管。

进一步的改进，将2路E类逆变器电路的输入电感分别缠绕在中柱开气隙的EE型磁芯上或将2路E类逆变器电路的输出电感分别缠绕在中柱开气隙的EE型磁芯上，EE型磁芯上中柱气隙的气隙磁阻是边柱气隙的气隙磁阻2倍。

本发明降低了E类逆变器的等效有载品质因数，使得逆变器正常工作的频率范围大大提高，同时还降低了电感器件的损耗，提高了逆变器效率。通过将耦合电感引入到E类逆变器的输入及输出电感，使得逆变器有载品质因数低于现有的技术方案，同时其输入及输出波形的谐波含量降低，实现与传统高有载品质E类逆变器相同的输出波形。

此外，现有的E类逆变器由于其开关管的压降峰值数倍于输入直流电压，因此单个E类逆变器的输出功率较低。本发明中所提出的拓扑实现了多路E类逆变器的功率合成输出，有助于解决现有E类逆变器输出功率等级较低的问题。

附图说明：

图1为实施例1的电路图；