[发明专利]基于辅助电感的感应电能传输环流控制电路系统

摘要

本发明提供了一种基于辅助电感的感应电能传输环流控制电路系统，在所述高频逆变网络的输出端与所述原边谐振网络之间设置了一个辅助电感L₁，用于阻尼环流的上升速度和峰值，且在脉冲发生电路的每个PWM周期中均存在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4同时导通的时间T_OV，即重叠导通时间，一方面给滤波电感L_dc提供电流回路，另一方面，使得辅助电感L₁上的电流平稳换向，该系统实现近似零电流开通、零电压关断，降低了环流峰值，降低了开关管的开关损耗，抑制了谐振网络与逆变网络之间的较大的环流。

主权项

1.一种基于辅助电感的感应电能传输环流控制电路系统，包括由串联的直流电源Ein和滤波电感Ldc组成的准电流源、脉冲发生电路、高频逆变网络、原边谐振网络、副边谐振网络、整流滤波网络及负载，其中，所述准电流源与所述高频逆变网络连接，为所述高频逆变网络提供直流电，所述脉冲发生电路与所述高频逆变网络连接，输出控制脉冲来控制所述高频逆变网络的输出波形，所述高频逆变网络与所述原边谐振网络连接，输出方波电流给所述原边谐振网络，所述副边谐振网络接收所述原边谐振网络输出的正弦电流，所述副边谐振网络通过所述整流滤波网络与负载连接，将正弦电流经过整流滤波后输出给负载，其特征在于，所述高频逆变网络包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4，在所述高频逆变网络的输出端与所述原边谐振网络之间设置了一个辅助电感L1，用于阻尼环流的上升速度和峰值，且在脉冲发生电路的每个PWM周期中均存在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4同时导通的时间TOV，即重叠导通时间，一方面给滤波电感Ldc提供电流回路，另一方面，使得辅助电感L1上的电流平稳换向；所述第一开关S1包括MOSFET管Q1和反并联的二极管D1，所述第二开关S2包括MOSFET管Q2和反并联的二极管D2，所述第三开关S3包括MOSFET管Q3和反并联的二极管D3，所述第四开关S4包括MOSFET管Q4和反并联的二极管D4，其中，所述MOSFET管Q1的源极与所述MOSFET管Q2的漏极连接，所述MOSFET管Q3的源极与所述MOSFET管Q4的漏极连接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述MOSFET管Q3的漏极连接，所有二极管的正极均与对应MOSFET管的源极连接，所有二极管的负极均与对应MOSFET管的漏极连接，所述MOSFET管的栅极均与所述脉冲发生电路连接，所述MOSFET管Q1的源极作为所述高频逆变网络的第一输出端，所述MOSFET管Q3的源极作为所述高频逆变网络的第二输出端，所述原边谐振网络包括并联的谐振电容Cp和谐振电感Lp，且两者的并联节点作为原边谐振网络的输入端，所述高频逆变网络的第一输出端通过所述辅助电感L1与所述原边谐振网络的输入端相连，所述高频逆变网络的第二输出端与所述原边谐振网络的另一个输入端相连；当同时满足(1)系统工作频率大于ZVS频率，即f_s＞f_ZVS；(2)所有开关管需要在t₁～t₃的时间段内关断；以及(3)在同时导通的时间T_OV阶段的辅助电感L₁上的电流必须大于滤波电感L_dc上的电流这三个条件下，所述环流控制电路稳态时实现了以下模态：模态0：在t₀时刻之前，辅助电感L₁上的电流等于所述准电流源输出的直流电i_{in_dc}的负值，即谐振电容电压为负值，第二开关S2、第三开关S3处于导通状态，第一开关S1、第四开关S4处于关断状态，滤波电感L_dc上的电流通过第二开关S2、第三开关S3以及原边谐振网络构成一回路；模态1：t₀～t₁时间段，t₀时刻第一开关S1和第四开关S4导通，辅助电感L₁上的电流在谐振电容电压的作用下由负变为正，直至在t₁时刻等于i_{in_dc}，在电流为负时，通过第二开关S2‑二极管D4、第三开关S3‑二极管D1形成回路，在电流变为正时，通过第一开关S1‑二极管D3、第四开关S4‑二极管D2形成回路，环流在第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4构成的回路中流动，此模态中，滤波电感L_dc上的电流直接通过第一开关S1‑第二开关S2、第三开关S3‑第四开关S4构成回路，不经过原边谐振网络；模态2：t₁～(t₁+T_OV)时间段，t₁时刻谐振电容电压仍为负值，电流继续增大，t₂时刻为的过零点，此时，电流达到最大值，之后，电流开始减小，在此模态中，环流在第一开关S1‑第四开关S4构成的回路中流动，在t₁+T_OV时刻，第二开关S2和第三开关S3关断，在此模态中，滤波电感L_dc上的电流直接通过第一开关S1‑第二开关S2、第三开关S3‑第四开关S4构成回路，不经过原边谐振网络；模态3：(t₁+T_OV)～t₃时间段，在此模态中，第二开关S2和第三开关S3关断，环流在第一开关S1‑二极管D3、第四开关S4‑二极管D2构成的回路中流动，原本在第二开关S2、第三开关S3中流动的电流转移至了其对应的二极管D2、二极管D3，使得第二开关S2、第三开关S3在关断时刻电压为近似0，实现了ZVS，此模态中，滤波电感L_dc上的电流通过第一开关S1、第四开关S4和原边谐振网络构成回路，电流为滤波电感上的电流与环路电流之和，在t₃时刻，电流等于所述准电流源输出的直流电i_{in_dc}，环路电流降为0，环流通路不再存在，环流消失；模态4：t3～t4时间段，第一开关S1和第四开关S4处于导通状态，第二开关S2和第三开关S3处于关断状态，滤波电感Ldc上的电流通过第一开关S1、第二开关S2以及原边谐振网络构成一回路；t4～t5时间段为该环流控制电路的下半周期，对应的，第一开关、第四开关在关断时实现ZVS。