本发明专利技术公开了一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑，包括n路E类逆变器电路单元，其中n为自然数，E类逆变器电路单元之间并联设置；每路E类逆变器电路单元包括两路逆变器电路；每路E类逆变器电路包括输入电感，输入电感连接有开关管、第一电容和第二电容，第二电容连接有输出电感，输出电感与负载电路相连，输入电感与电源连接；每路E类逆变器电路单元中的E类逆变器电路并联设置。本发明专利技术使逆变器可以在很低的有载品质因数情况下工作，可以适应电感参数、电容参数及工作频率的大幅变化；降低了电感器件的损耗，提高了逆变器效率；还实现了多路E类逆变器的功率合成输出，解决了现有E类逆变器输出功率等级较低的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电能传输领域，具体地，本专利技术涉及一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑。
技术介绍
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。高频逆变器作为磁耦合谐振式无线电能传输系统的重要组成部分，其效率及频率特 性对于系统性能有直接影响。E类逆变器电路由于具有高频高效性，是近、中距离无线电能 传输系统的首选逆变拓扑之一。因此，对其进行改进具有重要意义。 为了在有载品质因数较高情况下实现较宽的频率工作范围，现有的一种解决方案 是使用可变电感或电容器件来实现逆变器的动态调谐，即利用磁芯的非线性工作区，实现 逆变器输出电感的等效感值可控，从而实现工作频率的调节。采用电容矩阵来实现工作频 率的条件。由此可见，上述的现有技术方案虽然能够实现逆变器工作频率的扩展，但是其控 制复杂。不仅没有降低元件的损耗，同时其引入的控制电路也消耗的部分功率。 为了实现多路E类逆变器电路的功率合成输出，在现有的负载固定的射频微波应 用中，通常可以使用功率合成器来实现，如威尔金森电桥等。但是，无线电能传输系统的负 载阻抗往往随着工况的不同而变化。因此，用于射频微波应用的功率合成方案并不能直接 用于磁耦合谐振式无线电能传输系统。有一种双E类逆变拓扑，但是其逆变拓扑仅能等效 实现两倍于单个E类逆变器电路的输出功率，而不能正在实现多个E类逆变器电路的功率 合成。此外，该拓扑是用于感应加热领域，不能直接用于磁耦合谐振式无线电能传输系统。 在传统的E类逆变器电路中，为了获得正弦度较好的输出波形，需要提高其有载 品质因数。但是，随着有载品质因数的提高，逆变器对于谐振参数，如电感、电容、频率等的 变化越来越敏感。这使得E类逆变器电路可工作的频率范围非常窄，不利于其在多谐振环 节的情况下正常工作，如磁耦合谐振式的无线电能传输系统。同时，有载品质因数的提高需 要以提高器件无功容量为代价，这使得电感器件的损耗增加，不利于逆变器效率的提高。此 外，有载品质因数过高也不利于逆变器的软开关实现。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓 扑。本专利技术使得逆变器可以在很低的有载品质因数（低于1)情况下工作，使得其可以适应 电感参数、电容参数、以及工作频率的大幅（正负20% )变化；同时还降低了电感器件的损 耗，提高了逆变器效率；本专利技术所提出的拓扑实现了多路E类逆变器的功率合成输出，有助 于解决现有E类逆变器输出功率等级较低的问题。 为达到上述技术效果，本专利技术的技术方案是： -种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑，包括η路E类逆变器电路单 元，其中η为自然数，E类逆变器电路单元之间并联设置；每路E类逆变器电路单元包括两 路逆变器电路；每路E类逆变器电路包括输入电感，输入电感连接有开关管、第一电容和第 二电容，第二电容连接有输出电感，输出电感与负载电路相连，输入电感与电源连接；每路 E类逆变器电路单元中的E类逆变器电路并联设置。 进一步的改进，η= 1。 进一步的改进，所述负载电路包括负载，负载通过第七电容连接有发射线圈；负载 连接有第一线圈和第三电容，第一线圈连接有第四电容和第一路Ε类逆变器电路的输入电 感，第四电容连接第三电容、第一路Ε类逆变器电路的第一电容和第一路Ε类逆变器电路的 开关管；发射线圈连接有第二线圈和第五电容，第二线圈连接有第六电容和第二路Ε类逆 变器电路的输入电感，第六电容连接第五电容、第二路Ε类逆变器电路的第一电容和第二 路Ε类逆变器电路的开关管。 进一步的改进，将2路Ε类逆变器电路的输入电感分别缠绕在中柱开气隙的ΕΕ型 磁芯上或将2路Ε类逆变器电路的输出电感分别缠绕在中柱开气隙的ΕΕ型磁芯上，ΕΕ型 磁芯上中柱气隙的气隙磁阻是边柱气隙的气隙磁阻2倍。 本专利技术降低了Ε类逆变器的等效有载品质因数，使得逆变器正常工作的频率范围 大大提高，同时还降低了电感器件的损耗，提高了逆变器效率。通过将耦合电感引入到Ε类 逆变器的输入及输出电感，使得逆变器有载品质因数低于现有的技术方案，同时其输入及 输出波形的谐波含量降低，实现与传统高有载品质Ε类逆变器相同的输出波形。 此外，现有的Ε类逆变器由于其开关管的压降峰值数倍于输入直流电压，因此单 个Ε类逆变器的输出功率较低。本专利技术中所提出的拓扑实现了多路Ε类逆变器的功率合成 输出，有助于解决现有Ε类逆变器输出功率等级较低的问题。【附图说明】： 图1为实施例1的电路图； 图2为实施例2的原理示意图； 图3为本专利技术逆变器电路输入电感电流与传统方案的对比图； 图4为本专利技术逆变器电路输出电感电流与传统方案的对比。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细的说明。 实施例1 如图1所示为本专利技术具有电感耦合集成的Ε类逆变器功率合成拓扑的一个应用案 例，包括两路Ε类逆变器电路，Ε类逆变器电路包括输入电感Ld，输入电感W连接有开关管 Si、第一电容Cf和第二电容C。，第二电容C。连接有输出电感L。2，输出电感U与负载电路相 连，输入电感与电源V。。连接电路用于磁耦合谐振式无线电能传输系统，Lp为其发射线圈， 4作为接收端的负载。两路E类逆变器电路的开关管S1驱动信号互补、占空比均为50%， 两路逆变器的输出电压基波相位相反。通过开关管S1的周期性动作，该逆变拓扑实现了将 直流电V。。转换为交流电输出。第四电容C4和第一线圈Lπ1及第六电容C4和第二线圈Lπ2 分别构成了一个跨导，以保证发射线圈上的交流电流幅值恒定。第一电容Cf是逆变器的并 联电感，其值的选取与现有技术方案相同。根据不同的应用场景，输出端连接的负载电路可 根据需要进行选择，本实施例提供的一种负载电路连接方式为：负载电路包括负载4，负载 4通过第七电容L7连接有发射线圈Lp;负载Z1^连接有第一线圈Lπi和第三电容L3，第一线 圈Lπi连接有第四电容L4和第一路E类逆变器电路的输入电感，第四电容L4连接第三电容 L3、第一路E类逆变器电路的第一电容和第一路E类逆变器电路的开关管；发射线圈连接有 第二线圈和第五电容，第二线圈连接有第六电容和第二路E类逆变器电路的输入电感，第 六电容连接第五电容、第二路E当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有电感耦合集成的E类逆变器功率合成拓扑，其特征在于，包括n路E类逆变器电路单元，其中n为自然数，E类逆变器电路单元之间并联设置；每路E类逆变器电路单元包括两路逆变器电路；每路E类逆变器电路包括输入电感，输入电感连接有开关管、第一电容和第二电容，第二电容连接有输出电感，输出电感与负载电路相连，输入电感与电源连接；每路E类逆变器电路单元中的E类逆变器电路并联设置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓生，林抒毅，郑荣进，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35
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