[发明专利]一种非接触单管谐振变换器

说明书

本发明公开了一种非接触单管谐振变换器，包括原边和副边；其中：原边包括谐振逆变模块；谐振逆变模块包括原边电感、开关管，所述原边电感和开关管串联后并联在输入电压两端，还包括在所述原边电感和/或开关管上分别并联谐振电容；副边包括依次连接的副边电感、高阶补偿网络、整流模块。本发明提出原边谐振电容不同的并联方法和副边采用高阶补偿网络，配合合理的参数设计，不仅可以实现准恒流输出，为无线充电提供了良好的闭环调节特性，而且实现了开关管的软开通，降低了开关管电压应力和电流应力，增加了参数设计自由度；副边整流桥可采用可控整流桥结构，在给出的控制方法下，调整整流桥负载为纯阻性，从而提高所提出拓扑的功率传输能力。

技术领域

本发明涉及一种非接触单管谐振变换器，属于无线充电的技术领域。

背景技术

无线能量传输技术(WPT，Wireless Power Transmission)已经应用到电动汽车、自动导引运输车(AGV，Automated Guided Vehicle)、无人机、自动驾驶等领域，尤其是需要自动充电和无法人工充电的场合。相对于接触式供电，无线供电具有安全、灵活、无火花、少维护、可移动及易于实现自动化等优势。

WPT主要通过感应耦合能量传输(ICPT，Inductively Coupled PowerTransmission)、电磁耦合共振能量传输(ERPT，Electro-magnetic Resonant PowerTransmission)、射频能量传输(RFPT，Radio Frequency Power Transmission)、微波能量传输(MPT，Microwave Power Transmission)、激光能量传输(LPT，Laser PowerTransmission)等方式实现非接触式的能量传输。其中，ICPT是应用最广泛的WPT方式。

逆变是ICPT必不可少的环节之一，最为常用的逆变拓扑均为多管结构。但对于中小功率场合来说，多管逆变由于成本较高，驱动复杂而性价比不高，因此低成本、驱动简单的单管逆变成为中小功率场合的更优选择。单管逆变的特殊性在于需借助谐振过程来实现DC/AC的转换，故其开关管电压应力较高，分析较为困难。

已有的研究表明，非接触式单管电路有Class-E和谐振反激式两种，其中Class-E由于4倍输入电压以上的开关管电压应力而应用价值很小。已有的非接触式谐振反激电路(以下称非接触式单管谐振变换器)在副边存在串联补偿和并联补偿两种补偿方式。串联补偿和并联补偿均没有参数设计自由度，这与实际应用需求不符；并联补偿呈容性的副边折合阻抗使得开关管电压应力和电流应力均较大，其中电压应力为3倍输入电压以上。产品化PFC模块的母线电压通常为400V左右，3倍输入电压以上的电压应力大大缩小了开关管选型范围。因此为了提高非接触式单管电路的应用价值，需要实现良好的输出特性，适当降低开关管电压应力和电流应力，增加参数设计自由度。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种非接触单管谐振变换器，实现了输出准恒流特性，改善了开关管电压应力，增加了参数设计自由度，解决了已有非接触单管电路因输出特性差、高开关管应力和缺乏参数设计自由度而应用价值不高的问题。

技术方案：一种非接触单管谐振变换器，包括原边和副边；其中：所述原边包括谐振逆变模块；所述谐振逆变模块包括原边电感L_p、开关管S，所述原边电感L_p和开关管S串联后并联在输入电压V_in两端，还包括在所述原边电感L_p和/或开关管S上分别并联谐振电容；所述副边包括依次连接的副边电感L_s、高阶补偿网络、整流模块。

进一步的，所述谐振电容满足如下要求，使得所述谐振逆变模块中的开关管S轻载下实现零电压开通，重载下同时实现零电压和零电流开通；

当所述原边电感L_p和开关管S上分别并联谐振电容C_r1和谐振电容C_r2时：