[发明专利]一种E类高频逆变电路参数的设计方法

说明书

一种E类高频逆变电路参数的设计方法，包括以下步骤：步骤1，确定Lsubgt;S/subgt;和Csubgt;S/subgt;的参数；步骤2，确定Csubgt;F/subgt;、Lsubgt;F/subgt;、Lsubgt;MR/subgt;和Csubgt;MR/subgt;参数；步骤3，确定Csubgt;P/subgt;参数及Zsubgt;ds/subgt;的参数优化；可以显著降低开关器件两端的电压应力；大大减小无源器件的体积，进而使得该逆变电路的体积减小，功率密度增加，保证该逆变电路能够应用于大功率场合，弥补了传统E类逆变电路应用的缺陷。

技术领域

本发明属于无线输电技术领域，具体涉及一种E类高频逆变电路参数的设计方法。

背景技术

无线传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)是一种更方便的电池充电技术，相比于有线电能传输技术具有便利性、安全性、清洁性和适用性等优点。近年来，随着电动汽车(Electric Vehicles,EVs)和自动导航车(Automated Guide Vehicles,AGVs)的广泛普及，设计和开发大功率的无线传输系统引起了广泛的关注。大功率的应用不仅要求WPT系统在中距离提供高功率，而且装置体积要足够小，可以嵌入到车辆中。然而储能元件的体积、重量与开关频率成反比，因此提高系统的开关频率可以大大减小WPT系统的体积，若将系统的开关频率提高到MHz，则可以极大地降低WPT系统的体积和重量，提高功率密度。

E类逆变电路由于结构简单，在特定的条件下可以实现开关频率MHz级别的零电压开关ZVS(Zero Voltage Switching)和零降额开关ZDS(Zero Derative Switching)，所以在磁耦合谐振式无线输电技术领域受到越来越多的关注。但传统的E类逆变电路存在开关器件两端电压应力过高的问题，这限制了其在电力电子领域的应用。特别是当开关频率达到MHz时，传统的E类逆变电路中开关器件的漏-源极间电压应力最高可以达到电路输入电压的4.4倍。显然，传统的E类逆变器并不适合大功率系统，开关器件过高的电压应力限制了逆变电路的输入电压和输出功率等级。

因此，在开关器件两端并联一个LC串联谐振支路的E类逆变电路应运而生，它既能够实现MHz运行，降低开关器件的电压应力和损耗，也能减少储能元件的数量和尺寸。但是，如何设计一种E类高频逆变电路参数是难点，目前尚没有具体明晰的方法。为解决上述问题，本发明提出了一种用于磁耦合谐振无线输电的E类高频逆变电路参数设计方法，保证消除开关器件两端电压中的二次谐波含量，有效降低传统的E类逆变电路中开关器件两端的电压应力。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种E类高频逆变电路参数的设计方法，用于磁耦合谐振无线输电的E类高频逆变电路参数的设计，相比传统的E类逆变电路而言，该逆变电路消除了开关器件电压中的二次谐波，最终降低了开关器件两端的电压应力。本发明所提出的电路设计方法是针对一种E类高频逆变电路，它是基于传统的E类逆变电路，在开关管器件两端并联LC串联谐振电路。在已知输入电压V_in、输出功率P_out和工作频率f_s条件下，根据本发明提供的步骤可以计算出串联谐振电路的LC参数，使得开关管关断时，漏-源极间的端口期望阻抗值在基波和三次谐波时达到最大值，在二次谐波时为零，最终可以消去开关器件漏-源极间两端电压中的二次谐波含量，达到降低开关器件两端电压应力的目的。在开关频率为13.56MHz，输出功率为500W，负载为50Ω，输入直流电压为200V条件下，对本发明所设计的逆变电路进行仿真，仿真发现开关管电压峰值约为430V，是输入直流电压的2.15倍，远小于传统E类逆变电路的4.4倍电压应力，本发明的设计方法可以显著降低开关器件两端的电压应力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种E类高频逆变电路参数的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定L_S和C_S的参数