松耦合全橋諧振變換器的傳輸特性研究

1前言：

在非接觸式感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，能量發(fā)射裝置和能量接受裝置是通過(guò)一個(gè)松耦合的變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變壓器原邊和副邊之間有一個(gè)較大的氣隙，變壓器的耦合系數(shù)很低，漏感很大，一般情況下，漏感和勵(lì)磁電感處在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。采用互感模型分析可分離變壓器，利用互感來(lái)描述初、次極的耦合能力，這種模型能很好的指導(dǎo)非接觸式能量傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

由于漏感較大，它不僅影響能量傳輸?shù)墓β屎托?，而且大幅度加大功率器件的電壓和電流?yīng)力。圖1為初級(jí)次級(jí)都不加補(bǔ)償的松耦合諧振變換器，流過(guò)變壓器的電流近似線性變化。為了得到較高的功率傳輸比，降低由漏感所引起的開(kāi)關(guān)管的高電壓應(yīng)力，減小變壓器

圖1原副邊都不加補(bǔ)償的松耦合諧振變換器

對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁輻射，必須在松耦合變壓器原副邊加入適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/補(bǔ)償">補(bǔ)償電路，這樣，不僅能使電路中的電流盡量正弦化，減小了輻射，而且也有效利用了電路中的寄生參數(shù)，減小了寄生參數(shù)對(duì)電路的影響^[1]。

近年來(lái)，針對(duì)松耦合變換器的原副邊的具體補(bǔ)償問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了廣泛深入的研究，文獻(xiàn)^[2]對(duì)原邊串聯(lián)副邊并聯(lián)補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/頻率分叉現(xiàn)象">頻率分叉現(xiàn)象作了詳細(xì)研究，但是到目前為止還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的文獻(xiàn)對(duì)補(bǔ)償后的傳輸特性，即輸出電壓隨著頻率、補(bǔ)償電容和負(fù)載電阻的變化給予深入的研究，本文就這方面給予比較詳細(xì)的研究。

本文以基于松耦合變壓器的全橋諧振變換器為例，用原邊串聯(lián)補(bǔ)償?shù)耐負(fù)鋪?lái)降低功率器件的電壓應(yīng)力，重點(diǎn)研究了副邊是串聯(lián)補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/傳輸特性">傳輸特性,并對(duì)原邊副邊為串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)的頻率分叉現(xiàn)象也進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后分別對(duì)變負(fù)載和改變補(bǔ)償電容進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比分析，從而驗(yàn)證了文中理論分析的正確性。

2基于松耦合變壓器的全橋諧振變換器的理論分析

在仿真計(jì)算中，變壓器的參數(shù)不變，取，，，只討論負(fù)載電阻和補(bǔ)償電容變化對(duì)輸出的影響。

對(duì)于圖2所示全橋諧振變換器，在雙極性控制方式下，如果只考慮基波的作用，忽略高次諧波，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的橋臂中點(diǎn)電壓可以用正弦

圖2 原副邊均為串聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹C振變換器

圖3等效電路