[实用新型]一种磁集成差分E类整流器

说明书

本实用新型涉及一种磁集成差分E类整流器，包括：谐振环路，由接收线圈和谐振补偿电容构成；两个二极管或可控的半导体开关管，每个二极管或半导体开关管各并联一个并联电容；以及一个磁集成电感，包括电感磁芯和两个耦合线圈，电感磁芯由并排设置的两个E型磁芯和设于其前侧的一个I型磁芯构成，两个耦合线圈交叉穿绕过两个E型磁芯的绕线通道，E型磁芯的中柱的高度低于侧柱的高度，以在中柱与I型磁芯之间形成气隙；每个二极管或半导体开关管的负极各连接至谐振环路的一个输出端和一个耦合线圈的一端，两个耦合线圈的另一端连接至同一个滤波电容，并连接至负载。该整流器不仅可以提高整流器的输出功率与效率，而且减小了整流器的体积。

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输技术领域，特别是一种磁集成差分E类整流器。

背景技术

无线电能传输技术由于具有安全、可靠、环境适用性强等有点，正受到越来越多的关注。随着新能源汽车以及智能终端等领域的发展，无线电能传输技术将具有广阔的应用前景。超高频整流器作为兆赫兹磁耦合谐振式无线电能传输系统的重要组成部分，其效率对于系统性能有直接影响。E类整流器具有高频高效性，是近、中距离无线电能传输系统的首选整流拓扑之一。因此，对其进行改进具有重要意义。

图1是无线电能传输系统的基本结构示例。其中的高频整流器部分，现有方案中常用的是传统的全桥式整流器，由于其需要四个二极管，存在较大的二极管压降及反向恢复损耗，使得桥式整流在兆赫兹级别下的工作效率难以提高。尤其是在输出低压大电流的情况下，由于二极管本身的压降及开关损耗，使得传统的桥式整流器限制了无线电能传输系统的应用与性能优化。

传统的全波E类整流器具有高频高效性能，可工作于兆赫兹频率条件下。然而，由于实际电路中电感值的偏差，使得其整流二极管存在不均流问题，造成整流器的温升不均匀，不仅影响了整流器的输出功率，而且还会造成额外的损耗。其次，由于需要两个分立的大电感，使得传统的全波E类整流器中的磁元件，即电感器件体积较大，不利于接收端的小型化。图2是现有的一种用于无线电能传输系统的E类全波整流器方案。该方案相比于传统的全桥式整流具有更高的效率，且适合于工作在兆赫兹的无线电能传输系统中。然而，由于L1和L2是分立的大电感，因此，二极管D1与D2在实际的应用中容易出现不均流的情况。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种磁集成差分E类整流器，该整流器不仅可以提高整流器的输出功率与效率，而且减小了整流器的体积。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种磁集成差分E类整流器，包括：

谐振环路，所述谐振环路由接收线圈和对应的谐振补偿电容构成；

两个二极管或可控的半导体开关管，所述每个二极管或半导体开关管各并联有一个并联电容；以及

一个磁集成电感，所述磁集成电感包括电感磁芯和两个耦合线圈，所述电感磁芯由并排设置的两个E型磁芯和设于所述两个E型磁芯前侧的一个I型磁芯构成，每个E型磁芯的中柱与其左、右侧柱之间分别形成左、右绕线通道，位于左侧的耦合线圈同时穿绕过两个E型磁芯的左绕线通道，位于右侧的耦合线圈同时穿绕过两个E型磁芯的右绕线通道，以形成两个耦合线圈磁路；所述E型磁芯的中柱的高度均低于侧柱的高度，以在中柱与I型磁芯之间形成气隙，用于调整耦合线圈的漏感值；

所述谐振环路的两个输出端分别连接至所述两个二极管或半导体开关管的负极；每个二极管或半导体开关管的负极各连接至一个耦合线圈的一端，两个耦合线圈的另一端连接至同一个滤波电容，并连接至负载。

进一步地，所述E型磁芯为相对磁导率大于第一阈值的高磁导率磁芯，所述I型磁芯为相对磁导率小于第二阈值的低磁导率磁芯。

进一步地，设置所述两个耦合线圈间的耦合系数大于0.75，使其漏感分量用于整流器的谐振。

进一步地，所述耦合线圈的漏感与并联电容的谐振频率，与整流器工作频率的比值范围为1.5~1.7。