CN105991044A - 一种非接触供电副边整流电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触供电副边整流电路及方法。涉及电能变换领域；解决了整流电路影响系统变换性能的问题。该电路至少包括非接触变压器副边绕组(1)、副边补偿电容(2)、整流电路(4)、输出滤波电容(5)和负载(6)，还包括后级变压器(3)，其中：所述非接触变压器副边绕组(1)与所述副边补偿电容(2)、所述后级变压器(3)的初级侧依次连接，所述后级变压器(3)的次级侧与所述整流电路(4)的输入端相连，输出滤波电容(5)和负载(6)并接于整流电路的输出端。本发明提供的技术方案适用于非接触式供电，实现了支持可调参数的副边整流电路。

Description

一种非接触供电副边整流电路及方法

技术领域

本发明属于电能变换领域，涉及一种适用于非接触供电领域的副边整流方案。

背景技术

非接触供电技术即采用一个原副边完全分离、无电气连接的变压器，利用两者互相磁场耦合实现电能透过空气在原副边之间进行传输。由于可以实现电能发送端与接收端无物理连接，其在一些特殊场合(如人工植入设备充电，矿井、油田、水下供电)已经得到了应用，使相关操作变得更为安全、方便。

根据电路特性与工作方式的不同，非接触供电方式可分为三种：微波式、共振式及感应式。其中共振式和感应式非接触供电由于工作频率相对较低，适用功率范围较宽，目前应用较多。在共振式和感应式这两种非接触谐振变换器中，非接触变压器的输出为交流电。为了得到较好的变换效率、较高的输出电压或电流增益，非接触变压器的副边一般都要加上补偿电容。为了满足大多直流用电设备的需要，通常都要在变压器的副边加上整流电路、输出滤波电容得到直流输出电压。

目前非接触变换器副边常用的补偿方式包括串联电容、并联电容、串并联电容等方式，而整流电路则包括桥式整流电路、倍压整流电路、全波整流电路以及倍流整流电路。根据谐振网络的输出类型，可相应选择整流电路的滤波方式。以副边串联补偿为例，通常其输出为谐振电流，则整流电路应采用容性滤波方式直接与输出滤波电容相连，整流电路直流侧不能有滤波电感。常用的四种整流电路中，倍流整流电路要利用直流滤波电感形成中点，只能采用电感滤波方式，在谐振变换器应用中存在限制；其它几种电路都可以根据谐振网络特性，自由改变滤波方式。

如图1所示即为现有的非接触变换器副边整流电路，其中图1a所示为现有的采用串联电容补偿的非接触变换器副边整流电路；图1b所示为现有的采用并联电容补偿的非接触变换器副边整流电路；图1c所示为现有的采用串并联电容补偿的非接触变换器副边整流电路。对于串联电容补偿，由于电容的直流阻抗无穷大，因此要求流过电容的电流必须为交流电流。若支路的电流为单向流通，则该支路不能串入补偿电容。对于并联补偿电容，若非接触变压器副边绕组分时分段工作，则不同时段并联补偿电容参与的谐振网络的参数会发生变化，会大大增加电路分析和并联电容设计的复杂性。

不同补偿网络其输出增益特性、效率特性均不相同。但通常都会在特定负载条件下得到优良的电路特性。以串串补偿电路为例，傅文珍，张波，丘东元.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计[J].中国电机工程学报.2009，29(18)：21-26.等多篇文章均分析指出其最高效率或者最大功率输出点仅能在特定负载点上获得。特定负载点与频率、耦合系数、非接触变压器线圈电阻等参数有关。这些参数中，大多为非接触变压器的结构特性参数，只有频率相对易调。然而，频率的改变会要求补偿网络参数相应变化。能否在副边整流电路中引入新的可调参数，即有利于系统优化，还可通过整流电路的可调参数来适应不同输出指标的变化有利于实现非接触变压器的标准化设计，这便成为本发明的目的之一。

不同整流电路的特性也不相同。前面提到过四种常用整流电路要采用恰当的滤波方式以和非接触谐振变换器谐振网络的特性相配合。不同的整流电路，交流侧的电流通路特性不同，形成通路时器件压降不同、损耗特性不同，存在的技术问题和适用场合也不相同。

图1中，整流电路均采用二极管构成的桥式整流电路。显然当整流电路输入电压为正时，电流流经D_r1和D_r4；当输出电压为负时，电流流经D_r2和D_r3。可以看出，桥式整流电路交流输入部分的节点电流可双向流通，满足实施串联电容补偿对支路电流特性的要求。然而，该电路在正负半周工作时，均有两只二极管同时导通，导通损耗高，不适用于低压大电流场合。

图2是现有的采用同步整流管的全波整流电路示意图；从图中易见，由于流经Qr1和Qr2的电流均为单向流通，所以变压器绕组分段、分时工作，绕组电流均单向流通，串联补偿电容不易添加，并联补偿电容的设计分析也变得困难。

在谐振变换器中广泛应用的桥式整流电路，其变压器副边绕组作为一个整体同时工作，因此，不存在非接触变压器不同绕组间耦合系数不同、等效电路分析和电路参数设计复杂的问题。桥式整流电路的交流输入部分的节点电流可双向流通，从电路特征上保证了能够比较方便地实施串联电容补偿、并联电容补偿、串并联电容补偿等多种补偿方式。然而，桥式整流电路通路中有两个整流器件的压降，低压大电流输出时整流电路导通损耗大，限制了系统的变换效率。为此，人们研究将桥式整流电路中的不控二极管换为同步整流管。苏玉刚，张宁，方少乾，唐春森，王智慧。同步整流技术在ICPT系统中的应用[J].电工技术学报，2013,12:313-318.指出非接触供电系统副边整流电路采用同步整流技术，开关管导通压降降低，整流器损耗降低，能够提高系统效率，减小系统散热器体积及重量，提高系统的功率密度。尽管同步整流技术一定程度上能够改善桥式整流电路低压输出损耗较大的问题，但要进一步改进之，就需要改变副边整流电路，减少形成电流通路所需的器件数量。

桥式整流电路不适合低压大电流输出，那么大家公认的适于低压大电流输出的全波整流电路，其在非接触变换场合的技术问题又是什么呢？全波整流电路相比较于桥式整流电路，能够有效减小器件导通损耗，提高系统效率。然而在非接触变换器中若采用全波整流电路，则副边绕组电流变为单向流通，副边无法添加串联补偿电容；同时非接触变压器副边绕组分为两段、两段绕组分时导通、副边两段绕组与原边绕组的耦合系数不一定相同，谐振网络的特性变得复杂，副边并联补偿电容的添加和设计也变得非常困难。采用全波整流电路，副边的补偿电容设计分析困难、不易甚至不能添加，而非接触变换器若只采用原边电容补偿，无法同时获得高效率和高增益，影响系统的变换性能。

如何得到一种非接触供电副边整流电路，既能够在副边整流电路中引入新的可调参数，有利于系统优化；还能够解决采用全波整流电路后副边补偿电容的不易添加、设计分析困难的问题，从而减小低压大电流时整流电路的导通损耗，成为现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种支持可调参数的副边整流电路。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种非接触供电副边整流电路，至少包括非接触变压器副边绕组(1)、副边补偿电容(2)、整流电路(4)、输出滤波电容(5)和负载(6)，还包括后级变压器(3)，其中：

所述非接触变压器副边绕组(1)与所述副边补偿电容(2)、所述后级变压器(3)的初级侧依次连接，所述后级变压器(3)的次级侧与所述整流电路(4)的输入端相连，输出滤波电容(5)和负载(6)并接于整流电路的输出端。

优选的，所述后级变压器(3)采用原副边隔离的隔离式变压器，或者采用原副边不隔离的自耦式变压器。

优选的，所述副边补偿电容(2)包括一个或多个电容器件。

优选的，所述副边补偿电容(2)采用串联电容补偿、并联电容补偿或者串并联电容组合补偿。

优选的，所述整流电路(4)采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。

优选的，所述整流电路(4)采用不控二极管和/或同步整流管。

本发明还提供了一种非接触供电副边整流方法，包括：

非接触变压器经由副边补偿电容(2)连接到后级变压器(3)，再通过整流电路(4)和滤波电容(5)为负载(6)供电。

优选的，所述后级变压器(3)采用原副边隔离的隔离式变压器，或者采用原副边不隔离的自耦式变压器。

优选的，所述逼边补偿电容(2)包括一个或多个电容器件。

优选的，所述副边补偿电容(2)采用串联电容补偿、并联电容补偿或者串并联电容组合补偿。

优选的，所述整流电路(4)采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。

优选的，所述整流电路(4)采用不控二极管和/或同步整流管。

本申请技术方案能够在副边整流电路中引入新的可调参数，有利于系统优化；还能够解决采用全波整流电路后副边补偿电容不易添加、设计分析困难的问题，从而减小非接触变换系统在低压大电流输出时整流电路的导通损耗。

附图说明

图1是现有的非接触变换器副边整流电路示意图；

其中，图1a是现有的采用串联电容补偿的非接触变换器副边整流电路示意图；

图1b是现有的采用并联电容补偿的非接触变换器副边整流电路示意图；

图1c是现有的采用串并联电容补偿的非接触变换器副边整流电路示意图；

图2是现有的采用同步整流管的全波整流电路示意图；

图3是本发明非接触供电副边整流电路第一实施方式的电路示意图；

图4是图3所示电路的主要工作波形示意图；

图5是图3所示电路不同工作模态的等效电路示意图；

其中，图5a是本发明第一实施方式Qr1导通的等效电路示意图；

图5b是本发明第一实施方式Qr2导通的等效电路示意图；

图6是图3所示电路的基波等效电路示意图；

图7是本发明非接触供电副边整流电路第二实施方式的电路示意图；

图8是本发明非接触供电副边整流电路第三实施方式的电路示意图；

图9是本发明非接触供电副边整流电路第四实施方式的电路示意图；

图10是本发明非接触供电副边整流电路第五实施方式的电路示意图；

图11是本发明非接触供电副边整流电路第六实施方式的电路示意图；

图12是本发明非接触供电副边整流电路第七实施方式的电路示意图；

图13是本发明非接触供电副边整流电路第八实施方式的电路示意图；

图14是本发明非接触供电副边整流电路第九实施方式的电路示意图；

图15是本发明非接触供电副边整流电路第十实施方式的电路示意图；

图16是本发明非接触供电副边整流电路第十一实施方式的电路示意图；

图17是本发明非接触供电副边整流电路第十二实施方式的电路示意图；

图18是本发明非接触供电副边整流电路第十三实施方式的电路示意图；

图19是本发明非接触供电副边整流电路第十四实施方式的电路示意图；

图20是本发明非接触供电副边整流电路第十五实施方式的电路示意图；

图21是应用本发明第十五实施方式的saber仿真波形图；

其中，图21a为非接触变压器副边绕组电流i2和后级变压器初级侧电压vAB的仿真波形图；

图21b为非接触变压器副边绕组电流i2和整流二极管电流iDr1、iDr2的仿真波形图。

图1～21中的主要符号名称如下：

1—非接触变压器副边绕组，2—副边补偿电容，3—后级变压器，4—整流电路，5输出滤波电容，6—负载；

Ccs—非接触变压器副边串联补偿电容，Ccp—非接触变压器副边并联补偿电容，Dr1-Dr4—整流二极管，Qr1-Qr4—同步整流管，CO—输出滤波电容，CO1、CO2—串联连接输出滤波电容，LO—滤波电感，LO1、LO2—倍流整流电路滤波电感，RL—负载电阻，n1—后级变压器原边绕组匝数，n2、n3—后级变压器副边绕组匝数，Vo—输出电压，RE—基波等效电阻，vS—非接触变换器原边激励电压，Cp—非接触变换器原边补偿电容，Ll1—非接触变压器原边漏感，Ll2—非接触变压器副边漏感，Lm—非接触变压器励磁漏感，N1—非接触变压器原边绕组匝数，N2—非接触变压器副边绕组匝数，vQr1、vQr1—同步整流管Qr1、Qr2的门极驱动电压，vAB—后级变压器初级侧电压，i2—后级变压器初级侧电流，iDr1、iDr2—整流二极管的电流，iQr1、iQr2—同步整流管的电流，Io—输出直流电流。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

实施例1

非接触变换器存在最优负载条件，如果在副边整流电路引入新的可调参数，则可有利于系统特性的优化；非接触变换器低压大电流输出时，副边整流电路导通损耗较大，影响变换器效率，但引入全波整流电路，又存在副边补偿电容不易添加、设计分析困难的问题。

针对上述问题，本实施例提出一种非接触供电副边整流电路，至少包括非接触变压器副边绕组(1)、副边补偿电容(2)、整流电路(4)、输出滤波电容(5)、负载(6)以及后级变压器(3)；

其中，非接触变压器副边绕组(1)与副边补偿电容(2)、后级变压器(3)的初级侧依次连接；后级变压器(3)的次级侧与整流电路(4)的输入端相连，输出滤波电容(5)和负载(6)并接于整流电路的输出端。

具体地，上述整流电路中的后级变压器(3)可以采用原副边隔离的隔离式变压器，也可以采用原副边不隔离的自耦式变压器。

整流电路(4)则可以采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。具体地，整流电路可采用不控二极管和/或同步整流管。

副边补偿电路可采用串联电容补偿、并联电容补偿和串并联电容补偿的多种电容补偿形式。其中，副边补偿电容(2)可以采用一个或多个电容器件，同样地，输出滤波电容(5)也可以采用单一电容或是多个电容串并联组合而成。

另外，本实施例中所涉及的非接触变压器的磁芯可以采用铁磁材料如硅钢片、铁氧体、微晶、超微晶、坡莫合金或铁钴钒。后级变压器(3)绕组则可以选用实心导线、Litz线、铜皮或者PCB绕组形式。但本申请方案对非接触变压器以及后级变压器的具体材料不作限制。

下面结合附图，说明上述电路的具体应用方案。图3是本实施例非接触供电副边整流电路第一实施方式的电路示意图；如图3所示，第一实施方式中，非接触变压器副边绕组(1)与副边串联补偿电容Ccs(2)、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，分别与同步整流管Qr2、Qr1串联，即与全波整流电路(4)的输入端相连。全波整流电路(4)的输出端与滤波电容Co(5)相连，为负载RL(6)供电。第一实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿，后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，整流电路为同步整流管组成的全波整流电路。

下面以图3为主电路结构，结合附图4～6说明本实施例的具体工作原理和优点。

图4所示为图3所示非接触供电副边整流电路的主要工作波形示意图；图中，vQr1、vQr2是同步整流管Qr1、Qr2的门极驱动电压，vAB是后级变压器初级侧电压，i2是后级变压器初级电流，也是非接触变压器的副边绕组电流，iQr1、iQr2是同步整流管的电流，Io是输出直流电流、Ia是二极管流过的峰值电流。

由图3所示电路和图4可知，根据i2的流向、同步整流管的导通状态，整流电路在一个开关周期内有两个工作模态，分别是[t0,t1](见图5a)，[t1,t2](见图5b)。

在分析之前，作如下假设，①所有开关管和二极管均为理想器件；②所有电感、电容均为理想元件；③后级变压器为理想变压器。④后级变压器副边绕组采用常规的中心抽头的情形，即n2＝n3。

首先介绍开关模态1[t0,t1](对应于图5a)时的工作原理，具体如下：

第一实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容和后级变压器的初级侧相连接，因此非接触变压器副边绕组电流与后级变压器原边电流相同。[t₀,t₁]，非接触变压器副边绕组输出的电流为正i₂>0，则i₂流经副边串联补偿电容、再由后级变压器的同名端流入其初级侧绕组。根据变压器的磁通耦合关系，则后级变压器的次级电流从同名端流出。故同步整流管Q_r1的体二极管导通，绕组同名端为正，n₃绕组两端电压被箝位为V_o。反射到后级变压器的初级侧，则后级变压器的初级侧两端电压v_AB满足：

$v_{\mathrm{AB}}=\frac{V_o{n}_1}{n_3}=\frac{V_o{n}_1}{n_2}---\left(1\right)$

Q_r1的体二极管导通后，其门极驱动信号v_Qr1迅速变正，降低同步整流管的导通损耗。同步整流管电流满足：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Qr}1}=\left|i_2\right|n_1/n_2\\ i_{\mathrm{Qr}2}=0\end{array}\right.---\left(2\right)$

接着再介绍开关模态2[t₁,t₂](对应于附图5b)时的工作原理，具体如下：

[t₀,t₁]，非接触变压器副边绕组输出的电流为负i₂<0，则i₂从后级变压器初级侧绕组的同名端流出。根据变压器的磁通耦合关系，则后级变压器的次级电流从同名端流入。故同步整流管Q_r2的体二极管导通，绕组同名端为负，n₂绕组两端电压被箝位为V_o。反射到后级变压器的初级侧，则后级变压器的初级侧两端电压v_AB满足：

v_AB＝-V_on₁/n₂ (3)

Q_r2的体二极管导通后，其门极驱动信号v_Qr2迅速变正，降低同步整流管的导通损耗。同步整流管电流满足：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Qr}1}=0\\ i_{\mathrm{Qr}2}=\left|i_2\right|n_1/n_2\end{array}\right.---\left(4\right)$

通过模态分析和图4给出的原理波形，可以看到，加入后级变压器，由后级变压器的副边绕组而不是非接触变压器的副边绕组和全波整流电路相连，保证了非接触变压器的副边绕组作为一个整体工作、流过交变谐振电流，便于补偿电容的分析设计与加入。这样，就可以方便地采用全波整流电路，有利于降低整流电路的导通损耗、提高变换效率。

基波等效电路是谐振变换器包括非接触谐振变换器分析设计的依据。下面我们来分析引入后级变压器后，第一实施方式的基波等效电路。从上面的原理分析可以看出，后级变压器的初级侧电压v_AB和电流i₂始终同相，则本发明副边整流电路中后级变压器、全波整流电路、滤波环节及负载的部分可被整体等效为一个电阻，如图6所示

下面我们来推导其基波等效电阻R_E的表达式。令后级变压器初级侧电压v_AB的基波分量为v_{AB_1}，根据傅里叶分解结合前面分析的v_AB的分析结果：

$v_{\mathrm{AB}\_1}=\frac{{4n}_1{V}_o}{{\mathrm{\&pi;n}}_2}\sin \left(\mathrm{\&omega;t}\right)---\left(6\right)$

令同步整流管的电流峰值为I_a，则非接触变压器副边电流i₂满足

$i_2=\frac{I_a{n}_2}{n_1}\sin \left(\mathrm{\&omega;t}\right)---\left(7\right)$

且输出电流I_o与I_a满足下式：

$I_o=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_0^{\mathrm{\&pi;}}{I}_a\left|\sin \left(\mathrm{\&omega;t}\right)\right|d\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}{I}_a---\left(8\right)$

将式(6)、(7)、(8)代入下式，得到副边串联补偿时的后级变压器初级侧以后部分的基波等效电阻RE：

$R_E=\frac{v_{\mathrm{AB}\_1}}{i_2}=\frac{\frac{4n_1{V}_o}{{\mathrm{\&pi;n}}_2}\sin \left(\mathrm{\&omega;t}\right)}{\frac{\mathrm{\&pi;}{I}_0{n}_2}{{2n}_1}\sin \left(\mathrm{\&omega;t}\right)}=\frac{{n_1}^2}{{n_2}^2}\&CenterDot;\frac{8}{{\mathrm{\&pi;}}^2}{R}_L---\left(9\right)$

对于采用副边并联电容补偿、加入后级变压器、全波整流的非接触变换器。其分析方法和上面类似，这里不再赘述。所得到的基波等效电阻RE的结果同式(9)。

加入后级变压器与否，非接触供电副边整流电路的基波等效电路没有变化，都如图6所示，但是基波等效电阻的表达式改变。加入后级变压器后，基波等效电阻中增加了后级变压器匝比的平方项。显然，添加后级变压器后，副边整流电路中引入了新的可调参数，通过调节后级变压器变比可改变输出增益、等效负载等，有利于系统特性的优化。

图7是本发明非接触供电副边整流电路第二实施方式的电路示意图；如图7所示，第二实施方式中，非接触变压器副边绕组(1)与副边串联补偿电容Ccs(2)、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组n2连接到由Dr1～Dr4组成的桥式整流电路(4)的输入端。桥式整流电路(4)的输出端与滤波电容Co(5)相连，为负载RL(6)供电。第二实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿，后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，整流电路为二极管组成的桥式整流电路。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图8是本发明非接触供电副边整流电路第三实施方式的电路示意图；如图8所示，第三实施方式中，非接触变压器副边绕组(1)与副边串联补偿电容Ccs(2)、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组n2连接到由Dr1、Dr2组成的倍压整流电路(4)的输入端。倍压整流电路(4)的输出端与滤波电容Co1、Co2(5)相连，为负载RL(6)供电。第三实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿，后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，整流电路为二极管组成的倍压整流电路。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图9是本发明非接触供电副边整流电路第四实施方式的电路示意图；如图9所示，第四实施方式中，非接触变压器副边绕组(1)与副边并联补偿电容Ccp(2)、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组n2连接到由二极管Dr1、Dr2，滤波电感Lo1、Lo2组成的倍流整流电路(4)的输入端。倍流整流电路(4)的输出端与滤波电容Co(5)相连，为负载RL(6)供电。第四实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿，后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，整流电路为二极管和电感组成的倍流整流电路。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图10是本发明非接触供电副边整流电路第五实施方式的电路示意图；如图10所示，第五实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容Ccs、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第五实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与次级侧一段绕组公用，如图10所示，满足n1＝n2；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图11是本发明非接触供电副边整流电路第六实施方式的电路示意图；如图11所示，第六实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容Ccs、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第六实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与次级侧全部绕组公用，如图11所示，满足n1＝n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图12是本发明非接触供电副边整流电路第七实施方式的电路示意图；如图12所示，第七实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容Ccs、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第七实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与部分次级侧绕组公用，如图12所示，满足n1<n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图13是本发明非接触供电副边整流电路第八实施方式的电路示意图；如图13所示，第八实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容Ccs、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第八实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且次级侧绕组与部分初级侧绕组公用，如图13所示，满足n1>n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图14是本发明非接触供电副边整流电路第九实施方式的电路示意图；如图14所示，第九实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边并联补偿电容Ccp、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第九实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿；后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，如图14所示；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图15是本发明非接触供电副边整流电路第十实施方式的电路示意图；如图15所示，第十实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边并联补偿电容Ccp、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第十实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与次级侧一段绕组公用，如图15所示，满足n1＝n2；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图16是本发明非接触供电副边整流电路第十一实施方式的电路示意图；如图16所示，第十一实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边并联补偿电容Ccp、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第十一实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与次级侧全部绕组公用，如图16所示，满足n1＝n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图17是本发明非接触供电副边整流电路第十二实施方式的电路示意图；如图17所示，第十二实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边并联补偿电容Ccp、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第十二实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且初级侧绕组与部分次级侧绕组公用，如图17所示，满足n1<n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图18是本发明非接触供电副边整流电路第十三实施方式的电路示意图；如图18所示，第十三实施方式中，非接触变压器副边绕组与副边并联补偿电容Ccp、后级变压器(3)的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，连接到由同步整流管Qr2、Qr1组成的全波整流电路的输入端。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第十三实施方式中，非接触变压器副边采用并联电容补偿；后级变压器采用原副边不隔离的自耦式变压器，且次级侧绕组与部分初级侧绕组公用，如图18所示，满足n1>n2+n3；整流电路为同步整流管组成的全波整流电路，整流管按照共阳极连接方式。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。

图19是本发明非接触供电副边整流电路第十四实施方式的电路示意图；如图19所示，第十四实施方式中，外加变压器磁通耦合的绕组直接用非接触变压器副边绕组来实现。非接触变压器绕组间的松耦合是彼此分离的原副边绕组之间存在的大间隙所引起的。非接触变压器副边多个绕组之间很容易可以通过结构上的一致实现紧耦合，也可以根据需要来灵活设计和调整，因此外加变压器的磁通耦合的功能完全可由非接触变压器副边的多路绕组之间的磁通耦合来实现，从而达到本发明的实施效果。附图19所示的第十四实施方式中的外加变压器3的初级侧绕组n1直接由非接触变压器副边绕组N2来实现，N2两端外加并联补偿电容Ccp；外加变压器3的次级侧绕组n2、n3通过在非接触变压器上加绕绕组来实现。本实施例中N2与n2、n3电气隔离。显然，也可以采用自耦变压器的方法，N2与n2、n3共用部分绕组。

图20是本发明非接触供电副边整流电路第十五实施方式的电路示意图；如附图20所示，本实施方式的非接触变压器副边绕组与副边串联补偿电容Ccs、后级变压器的初级侧绕组n1依次相连。后级变压器的次级侧绕组分为两段n2、n3，分别与二极管管Dr2、Dr1串联，即与全波整流电路的输入端相连。全波整流电路的输出端与滤波电容Co相连，为负载RL供电。第十五实施方式中，非接触变压器副边采用串联电容补偿，后级变压器采用原副边隔离的隔离式变压器，整流电路为二极管组成的全波整流电路。非接触变压器副边绕组作为一个整体工作，可以流过交变电流。第十五实施方式中，不仅给出了非接触变换器副边的具体电路，还给出了非接触变换器原边的补偿电路。图20中，vS为非接触变换器原边的激励电压，Cp为非接触变换器原边采用的串联补偿电容，非接触变压器采用常用的T形等效电路模型来表示，即用非接触变压器原副边漏感Ll1、Ll2，非接触变压器励磁漏感Lm，非接触变压器原副边匝比N1:N2来具体描述非接触变压器。

为验证本实施例的可行性，利用saber仿真软件，对图20所示的非接触供电副边整流电路第十五实施方式的电路进行了仿真。附图20中非接触变压器采用的激磁电感模型；图中vs为非接触变换器原边逆变桥输出的方波激励电压，vAB为后级变压器初级侧输入电压，i2为后级变压器初级侧的电流，Cp为非接触变压器原边补偿电容，Ll1为非接触变压器原边漏感，Ll2为非接触变压器副边漏感，Lm为非接触变压器激磁电感，Ccs为非接触变压器副边串联补偿电容，N1为非接触变压器原边绕组匝数，N2为非接触变压器副边绕组匝数，CO为输出滤波电容，RL为系统负载，Dr1、Dr2为整流二极管，n1为后级变压器原边绕组匝数，n2、n3为后级变压器副边绕组匝数，Vo为输出电压。

具体的仿真参数如下所示：

图21给出了图20所示的本发明非接触供电副边整流电路第十五实施方式的电路仿真结果。

图21(a)给出了后级变压器初级侧电压vAB和初级侧电流i2的波形。从仿真结果可以看出，后级变压器的初级侧电压和电流始终同相，验证了后级变压器、全波整流电路、滤波环节、负载可以总体等效为一个电阻。与附图4给出的原理波形示意图一致。根据前面的理论分析可知该等效电阻可通过调节后级变压器的匝比来调整。由图21(a)还可看出，i2为交流电流。由于非接触变压器副边采用串联电容补偿，因此非接触变压器副边绕组电流与i2相同，为交变电流，绕组作为一个整体工作，便于谐振电路的分析设计和补偿电容的加入。由仿真结果还可以看出，采用全波整流电路，后级变压器副边绕组电流与对应的二级管电流相同，为单向电流。通过后级变压器的磁通耦合作用后，后级变压器的原边绕组仍为交流电流，也不影响非接触变压器副边绕组可流过交流电流的特点，有利于全波整流电路的应用和多种补偿方式的加入。

图21(b)给出了i2、iDr1、iDr2的电流波形，其中i2为后级变压器初级侧电流，iDr1、iDr2分别为流过全波整流电路的二极管的电流。仿真结果和图4给出的原理分析结果一致。从仿真结果可以看出，通过加入后级变压器，将其副边绕组和全波整流电路相连，紧耦合变压器副边绕组分段与整流二极管串联，流过单向电流；而流过副边补偿电容的电流仍为交变电流，验证了通过加入后级变压器能够使得非接触变压器的副边绕组作为一个整体工作、流过交变电流，便于谐振电路和补偿电容的分析设计与加入。

还要说明的是，上述各种实施方式中，非接触变压器和/或后级变压器铁芯可以采用高导磁材料和/或低导磁材料。例如，硅钢片、或铁氧体、或非晶、或微晶、或超微晶、或坡莫合金、或粉芯材料或空气或树脂或环氧或陶瓷，或者它们的组合。

实施例2

本实施例提供一种非接触供电副边整流方法，主要包括如下操作：

非接触变压器经由副边补偿电容(2)连接到后级变压器(3)，再通过整流电路(4)和滤波电容(5)为负载(6)供电。

其中，上述后级变压器(3)可以采用原副边隔离的隔离式变压器，也可以采用原副边不隔离的自耦式变压器。

上述方法中，副边补偿电容(2)可以采用串联电容补偿、并联电容补偿或者串并联电容组合补偿方式。

实际应用中，副边补偿电容(2)可以包括一个或多个电容器件来组成。

而上述方法中所涉及的整流电路(4)可以采用现有整流方法，例如采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。具体实施时，可采用不控二极管和/或同步整流管。

还要说明的是，由于本实施例方法可依赖于上述实施例1的电路实现，故本实施例方法的其他实施过程可参见上述实施例1的相应内容，在此不再赘述。

从上述实施例可以看出，本申请技术方案，通过加入后级变压器，引入后级变压器变比，通过后级变压器的阻抗变换，可使最优负载进入工作区间，优化系统性能；还可通过调节后级变压器变比来适应不同输出指标的变化，有利于实现非接触变压器的标准化设计。并且，本申请技术方案通过引入后级变压器，将其副边绕组和全波整流电路相连，流过单向电流，可降低整流电路的导通损耗、提高变换效率；由于后级变压器只有一个原边绕组，与次级两段绕组磁通耦合，其电流为交流电流，将其与非接触变压器的副边相连使得非接触变压器的副边绕组作为一个整体工作、流过交变电流，便于谐振电路和补偿电容的分析设计与加入。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种非接触供电副边整流电路，至少包括非接触变压器副边绕组(1)、副边补偿电容(2)、整流电路(4)、输出滤波电容(5)和负载(6)，其特征在于，还包括后级变压器(3)，其中：

所述非接触变压器副边绕组(1)与所述副边补偿电容(2)、所述后级变压器(3)的初级侧依次连接，所述后级变压器(3)的次级侧与所述整流电路(4)的输入端相连，输出滤波电容(5)和负载(6)并接于整流电路的输出端。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述后级变压器(3)采用原副边隔离的隔离式变压器，或者采用原副边不隔离的自耦式变压器。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述副边补偿电容(2)包括一个或多个电容器件。

4.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，

所述副边补偿电容(2)采用串联电容补偿、并联电容补偿或者串并联电容组合补偿。

5.如权利要求3所述的电路，其特征在于，

所述整流电路(4)采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，

所述整流电路(4)采用不控二极管和/或同步整流管。

7.一种非接触供电副边整流方法，其特征在于，包括：

非接触变压器经由副边补偿电容(2)连接到后级变压器(3)，再通过整流电路(4)和滤波电容(5)为负载(6)供电。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述后级变压器(3)采用原副边隔离的隔离式变压器，或者采用原副边不隔离的自耦式变压器。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述逼边补偿电容(2)包括一个或多个电容器件。

10.如权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，

所述副边补偿电容(2)采用串联电容补偿、并联电容补偿或者串并联电容组合补偿。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述整流电路(4)采用全波整流电路、桥式整流电路、倍流整流电路或者倍压整流电路。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述整流电路(4)采用不控二极管和/或同步整流管。