[實用新型]一種磁集成差分E類整流器

有效

• 申請號: 201920201260.3
• 申請日: 2019-02-15
• 公開（公告）號: CN209402248U
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 黃曉生;田源;林抒毅;黃靖;鄭榮進;孔毅鵬
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M7/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本實用新型涉及一種磁集成差分E類整流器，包括：諧振環路，由接收線圈和諧振補償電容構成；兩個二極管或可控的半導體開關管，每個二極管或半導體開關管各并聯一個并聯電容；以及一個磁集成電感，包括電感磁芯和兩個耦合線圈，電感磁芯由并排設置的兩個E型磁芯和設于其前側的一個I型磁芯構成，兩個耦合線圈交叉穿繞過兩個E型磁芯的繞線通道，E型磁芯的中柱的高度低于側柱的高度，以在中柱與I型磁芯之間形成氣隙；每個二極管或半導體開關管的負極各連接至諧振環路的一個輸出端和一個耦合線圈的一端，兩個耦合線圈的另一端連接至同一個濾波電容，并連接至負載。該整流器不僅可以提高整流器的輸出功率與效率，而且減小了整流器的體積。

技術領域

本實用新型涉及無線電能傳輸技術領域，特別是一種磁集成差分E類整流器。

背景技術

無線電能傳輸技術由于具有安全、可靠、環境適用性強等有點，正受到越來越多的關注。隨著新能源汽車以及智能終端等領域的發展，無線電能傳輸技術將具有廣闊的應用前景。超高頻整流器作為兆赫茲磁耦合諧振式無線電能傳輸系統的重要組成部分，其效率對于系統性能有直接影響。E類整流器具有高頻高效性，是近、中距離無線電能傳輸系統的首選整流拓撲之一。因此，對其進行改進具有重要意義。

圖1是無線電能傳輸系統的基本結構示例。其中的高頻整流器部分，現有方案中常用的是傳統的全橋式整流器，由于其需要四個二極管，存在較大的二極管壓降及反向恢復損耗，使得橋式整流在兆赫茲級別下的工作效率難以提高。尤其是在輸出低壓大電流的情況下，由于二極管本身的壓降及開關損耗，使得傳統的橋式整流器限制了無線電能傳輸系統的應用與性能優化。

傳統的全波E類整流器具有高頻高效性能，可工作于兆赫茲頻率條件下。然而，由于實際電路中電感值的偏差，使得其整流二極管存在不均流問題，造成整流器的溫升不均勻，不僅影響了整流器的輸出功率，而且還會造成額外的損耗。其次，由于需要兩個分立的大電感，使得傳統的全波E類整流器中的磁元件，即電感器件體積較大，不利于接收端的小型化。圖2是現有的一種用于無線電能傳輸系統的E類全波整流器方案。該方案相比于傳統的全橋式整流具有更高的效率，且適合于工作在兆赫茲的無線電能傳輸系統中。然而，由于L1和L2是分立的大電感，因此，二極管D1與D2在實際的應用中容易出現不均流的情況。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種磁集成差分E類整流器，該整流器不僅可以提高整流器的輸出功率與效率，而且減小了整流器的體積。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案是：一種磁集成差分E類整流器，包括：

諧振環路，所述諧振環路由接收線圈和對應的諧振補償電容構成；

兩個二極管或可控的半導體開關管，所述每個二極管或半導體開關管各并聯有一個并聯電容；以及

一個磁集成電感，所述磁集成電感包括電感磁芯和兩個耦合線圈，所述電感磁芯由并排設置的兩個E型磁芯和設于所述兩個E型磁芯前側的一個I型磁芯構成，每個E型磁芯的中柱與其左、右側柱之間分別形成左、右繞線通道，位于左側的耦合線圈同時穿繞過兩個E型磁芯的左繞線通道，位于右側的耦合線圈同時穿繞過兩個E型磁芯的右繞線通道，以形成兩個耦合線圈磁路；所述E型磁芯的中柱的高度均低于側柱的高度，以在中柱與I型磁芯之間形成氣隙，用于調整耦合線圈的漏感值；

所述諧振環路的兩個輸出端分別連接至所述兩個二極管或半導體開關管的負極；每個二極管或半導體開關管的負極各連接至一個耦合線圈的一端，兩個耦合線圈的另一端連接至同一個濾波電容，并連接至負載。

進一步地，所述E型磁芯為相對磁導率大于第一閾值的高磁導率磁芯，所述I型磁芯為相對磁導率小于第二閾值的低磁導率磁芯。

進一步地，設置所述兩個耦合線圈間的耦合系數大于0.75，使其漏感分量用于整流器的諧振。

進一步地，所述耦合線圈的漏感與并聯電容的諧振頻率，與整流器工作頻率的比值范圍為1.5~1.7。