CN104393762B - 基于无线电能传输的高升压比dc-dc变换器电路 - Google Patents

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Abstract

一种基于无线电能传输的高升压比DC‑DC变换器电路，该电路包括用于逆变，将直流转变成高频交流的DC‑AC高频变换模块；用于高频交流状态下的无线电能传输的无线电能传输模块和用于交流转变成直流的整流模块。本发明采用高频谐振强磁耦合无线电能传输技术，实现了高升压比DC‑DC变换器；电路结构简单、可靠、实用。本发明高升压比DC‑DC变换器在燃料电池、太阳能光伏等众多领域可进行广泛应用，同时可以完成无线能量传递任务。

Description

基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路
技术领域
本发明涉及一种基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路，利用原副边的高频谐振强磁耦合进行能量传递并完成高升压比，属无线电能传输技术领域与电力电子领域。
背景技术
由于直流输入电压较低而输出电压较高，因而需要DC-DC变换器具有高升压比。高升压比DC-DC变换器通过高变比的变压器方案可以获得，也可以采用PWM控制方案来得到。目前高升压比DC-DC变换器在燃料电池、太阳能光伏等众多领域有广泛应用。
为了得到高升压比DC-DC变换器，有多种方案，基本采用拓扑解决。其中有采用交错互联Boost方案，如Jun Wen, Taotao Jin and Keyue Smedley, “A new interleavedisolated boost converter for high Power applications”, Applied PowerElectronics Conference and Exposition, 2006. APEC '06. Twenty-First AnnualIEEE,2006,pp:79-84。有采用多电平Boost升压方案，如J.C. Rosas-Caro, J.M. Ramirez,F.Z. Peng, A. Valderrabano1, “A DC–DC multilevel boost converter”, IET PowerElectron., 2010, Vol.3, Iss.1, pp:129–137。
目前而言，高升压比DC-DC变换器基本都是采用各种不同的电力电子拓扑控制方案来实现，而利用强磁耦合无线电能传输技术方案尚未见报道。
强磁耦合无线电能传输技术作为新型技术有广泛应用前景，对于采用此方案得到高升压比DC-DC变换器尚未见报道。无线电能传输中输入与输出两个线圈通过匹配之后，可以有很强的升压能力，可以加以利用。
发明内容
本发明的目的是，为了解决强磁耦合无线电能传输技术问题，本发明提出一种基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路与方法，为采用无线电能传输技术实现高升压比DC-DC变换器，提供一种全新的思路。
实现本发明的技术方案是，本发明一种基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路包括：
DC-AC高频变换模块，用于逆变，将直流转变成高频交流；
无线电能传输模块，用于高频交流状态下的无线电能传输，利用原副边的高频谐振强磁耦合进行能量传递；
整流模块，用于交流转变成直流。
本发明电路的DC-AC高频变换模块和无线电能传输模块；直流输入的正极和负极分别连接DC-AC高频变换模块的输入端；DC-AC高频变换模块的输出端连接无线电能传输模块的输入端；无线电能传输模块的输出端连接整流模块的输入端；整流模块输出变换后的直流电压。
本发明电路的DC-AC高频变换模块采用E类逆变方案，所述模块电路包括场效晶体管Q1、电感L、栅极驱动电阻R1、泄放电阻R2、电容C7和二极管D5；直流输入端正极通过电感L连接场效晶体管Q1的漏极；驱动端通过栅极驱动电阻R1连接场效晶体管Q1的栅极；直流输入端负极接场效晶体管Q1的源极；在直流输入端负极与场效晶体管Q1的栅极之间并联泄放电阻R2和二极管D5；场效晶体管Q1的源极与漏极之间并联电容C7。
本发明电路的无线电能传输模块包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；电感L1和电容C1串联，组成无线电能传输模块的原边，即输入端；电感L2和电容C2并联，组成无线电能传输模块的副边，即输出端；电感L1和电感L2之间采用强磁耦合。
所述电感L1为用于限流的高频电感，场效晶体管Q1采用金属-氧化层半导体场效晶体管；电阻R1为场效晶体管Q1的栅极驱动电阻；电阻R2为场效晶体管Q1的泄放电阻，D5为驱动电压保护二极管，C7用于吸引高频电压尖锋。
所述电感L1与电容C1构成谐振电路；G端输入高频PWM驱动，使电感L1与电容C1形成高频振荡，为强磁耦合进行无线电能传输提供条件。
本发明电路的无线电能传输模块的副边输出电压与原边输入电压之间的升压比可控，可以达50或以上，完成很高的隔离升压比。
本发明电路的整流模块采用全桥整流方案：由于其副边谐振电路输出为谐振高频交流，需要由D1-D4构成的全桥整流电路进行整流得到直流输出。
本发明的有益效果是，本发明采用强磁耦合无线电能传输技术，实现了高升压比DC-DC变换器；该电路结构简单、可靠、实用。本发明高升压比DC-DC变换器在燃料电池、太阳能光伏等众多领域广泛应用。
附图说明
图1为本发明基于无线电能传输的高变压比DC-DC变换器电路示意图；
图2为本发明基于无线电能传输的高变压比DC-DC变换器电路的DC-AC高频变换模块电路；
图中，1是DC-AC高频变换模块；2是无线电能传输模块；3是整流模块。
具体实施方式
本发明实施例结合附图进一步说明。
图1是本实施例基于无线电能传输的高变压比DC-DC变换器电路的示意图。电路分为DC-AC高频变换模块、无线电能传输模块、整流模块三大模块。
图2是本实施例基于无线电能传输的高变压比DC-DC变换器电路的DC-AC高频变换模块部分，采用E类逆变器方案。
图1中1所示部分为DC-AC高频变换模块：In+与In-为直流输入端，驱动端G采用PWM驱动控制开关管Q1的开通与关断。电感L取值比较大，使流过的电流为恒定值。电感L1为高频电感用于限流，功率开关Q1采用MOSFET，有利于高频驱动。电阻R1为场效应管Q1的栅极驱动电阻，电阻R2为场效应管Q1的泄放电阻，D5为驱动电压保护二极管，C7用于吸引高频电压尖锋，L1（Coil1）与C1构成谐振电路。G端输入高频PWM驱动，使L1（Coil1）与C1形成高频振荡，为强磁耦合进行无线电能传输提供条件。
当Q1开通时，形成In+—L—Q1—In-的电流，电感L储能；L1（Ciol1）与C1形成高频正弦谐振，C7两端电压为零。Q1关断时，因为C7缓冲电容的作用，可以实现零压关断，有利于减小关断损耗。
图1中2所示部分为无线电能传输模块部分。
L1（Coil1）为原边线圈，C1为原边谐振电容，原边采用串联方案，C1外置，以便于设计调整频率。L2（Coil2）为副边线圈，C1为副边谐振电容，原边采用并联方案，C2依然外置，便于设计调整频率。由于副边谐振电路的高品质因素能获得很高的升压特性。
图1中3所示部分为整流模块，采用全桥整流方式。

Claims (4)

1.一种基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路，包括DC-AC高频变换模块和整流模块，其特征在于，所述电路由于副边谐振电路的高品质因素获得很高的升压特性；所述电路还包括无线电能传输模块；
所述无线电能传输模块包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；电感L1和电容C1串联，组成无线电能传输模块的原边，即输入端；电感L2和电容C2并联，组成无线电能传输模块的副边，即输出端；电感L1和电感L2之间采用强磁耦合，所述电容C1外置，用于调整输入端频率；所述电容C2外置，用于调整输出端频率；实现所述无线电能传输模块的副边输出电压与原边输入电压之间的升压比可控，可以达到50，完成很高的隔离升压比；
所述DC-AC高频变换模块采用E类逆变方案，所述模块电路包括场效晶体管Q1、电感L、栅极驱动电阻R1、泄放电阻R2、电容C7和二极管D5；直流输入端正极通过电感L连接场效晶体管Q1的漏极；驱动端通过栅极驱动电阻R1连接场效晶体管Q1的栅极；直流输入端负极接场效晶体管Q1的源极；在直流输入端负极与场效晶体管Q1的栅极之间并联泄放电阻R2和二极管D5；场效晶体管Q1的源极与漏极之间并联电容C7。
2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路，其特征在于，所述DC-AC高频变换模块和无线电能传输模块；直流输入的正极和负极分别连接DC-AC高频变换模块的输入端；DC-AC高频变换模块的输出端连接无线电能传输模块的输入端；无线电能传输模块的输出端连接整流模块的输入端；整流模块输出变换后的直流电压。
3.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路，其特征在于，通过控制所述的DC-AC高频变换模块中场效晶体管Q1的PWM占空比得到，得到期望的直流电压输出。
4.根据权利要求1或3所述的基于无线电能传输的高升压比DC-DC变换器电路，其特征在于，所述电感L为用于限流的高频电感，场效晶体管Q1采用金属-氧化层半导体场效晶体管；电阻R1为场效晶体管Q1的栅极驱动电阻；电阻R2为场效晶体管Q1的泄放电阻，D5为驱动电压保护二极管，C7用于吸引高频电压尖锋。
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