湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高巧玲

同步整流在電動汽車無線充電中的應(yīng)用

湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高巧玲

同步整流技術(shù)利用具有低導(dǎo)通電阻的低壓功率的MOSFET，可以減少功率變換電路損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。本文主要講述了同步整流在電動汽車無線充電裝置中的應(yīng)用，通過和普通整流的損耗比對，驗(yàn)證了同步整流在電動汽車無線充電裝置中是可行的。

同步整流；無線充電

0 引言

電動汽車目前的充電方式主要有兩種：有線充電和無線充電，有線充電需要人工插拔，有很多安全隱患，而且使用不靈活，應(yīng)用范圍受限制。無線充電解決了有線充電的安全隱患及應(yīng)用范圍受限制的缺點(diǎn)，現(xiàn)在應(yīng)用越來越廣泛，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

1 電動汽車無線充電系統(tǒng)

無線電能傳輸方式有四種，從傳輸效率、傳輸功率、傳輸距離和安全性考慮，適合電動汽車充電方式的只有兩種，一種是磁耦合諧振式和感應(yīng)耦合式，本文采用感應(yīng)式耦合無線電能傳輸技術(shù)，感應(yīng)耦合無線電能傳輸系統(tǒng)如圖所示，該系統(tǒng)通過高頻逆變將直流電源轉(zhuǎn)換為高頻交流電通過發(fā)射線圈發(fā)送給接收線圈，接收端將接收到的高頻交流電轉(zhuǎn)化為直流供給電動汽車的電池充電。本文著重對副邊的整流進(jìn)行研究，用同步整流代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二極管整流技術(shù)，從而提高整個系統(tǒng)的效率。

圖1 感應(yīng)耦合電動汽車無線電能傳輸系統(tǒng)

2 基于同步整流的電動汽車無線充電系統(tǒng)

日常生活中使用的電子設(shè)備，大部分都是直流負(fù)載，而電網(wǎng)提供給我們的是交流電壓，如何把交流電變?yōu)橹绷麟?，供直流?fù)載使用，這就是整流存在的意義。目前傳統(tǒng)的整流技術(shù)主要是利用二極管的單向?qū)щ娦浴珜?dǎo)通，反偏截止的特點(diǎn)，由于二極管的導(dǎo)通壓降小，所以在高壓整流電路中用途非常廣泛，但隨著集成電路的高速發(fā)展，內(nèi)部芯片需要的電壓越來越小、電流越來越大，這種在低電壓大電流電路中，二極管的導(dǎo)通壓降不能再被忽略不計(jì)，二極管所造成的損耗也會隨著負(fù)載電流的增大而急劇增大，同步整流技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個問題。

2.1 同步整流技術(shù)

同步整流主要是采用功率MOSFET代替普通的整流二極管的整流技術(shù)，簡稱SR，功率MOSFET又稱為SR管，SR管的導(dǎo)通電阻非常小，非常適合應(yīng)用在低壓大電流場合。根據(jù)SR管的工作特性可知SR管的工作狀態(tài)有四種：飽和區(qū)、截止區(qū)、放大區(qū)和反向電阻區(qū)，同步整流時，SR管必須工作在反向電阻區(qū)，即必須滿足，這是因?yàn)镾R管內(nèi)部有個反向并聯(lián)的體二極管，當(dāng)時，體二極管導(dǎo)通，而此時，SR管的槽底就會反向形成導(dǎo)電溝槽，漏極電流也會反向，并與保持線性關(guān)系。

2.2 基于同步整流的電動汽車無線充電技術(shù)

基于同步整流技術(shù)的電動汽車無線充電系統(tǒng)如圖2所示，普通的整流不需要驅(qū)動電路和控制電路，而同步整流需要驅(qū)動及控制電路，因?yàn)镾R管的關(guān)斷和導(dǎo)通需要受PWM信號的控制。圖2為同步整流無線充電系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2 同步整流無線充電系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)的二極管整流根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為半波、全波和橋式整流，所以同步整流技術(shù)也有這三種方式，本文采用全橋整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3所示，通過IR1167芯片控制SR管的導(dǎo)通和關(guān)斷。因?yàn)镮R1167內(nèi)部有三個閾值電壓，當(dāng)SR官的漏源極電壓時，IR1167輸出高電平，MOS管開啟，當(dāng)時，IR1167輸出低電平，MOS關(guān)斷，當(dāng)時，芯片復(fù)位，進(jìn)入下一個周期。

圖3 全橋同步整流電路圖

圖4 普通二極管（DR）和同步整流（SR）輸出功率和效率

當(dāng)輸入電壓為正半周時，電流會通過Q1和Q4的體二極管組成的回路，并在兩個MOS管上產(chǎn)生2個，當(dāng)時，Q1和Q4導(dǎo)通，電流從二極管轉(zhuǎn)移到MOS管中，當(dāng)負(fù)半周期快來的時候，此時，芯片進(jìn)入新的判斷周期。這就是同步整流技術(shù)，同步整流還可以和發(fā)送電路的高頻逆變的4個開關(guān)管結(jié)合起來工作，同時實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)和同步整流技術(shù)。此文中不在講述。

3 基于同步整流和二極管整流的對比分析

為了驗(yàn)證同步整流和普通整流的對電動汽車無線充電系統(tǒng)的影響，分別用二極管和MOSFET功率管，采用全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整流，對同一輛電動車的蓄電池進(jìn)行充電，通過改變輸入電壓保證在同樣功率情況下的效率分析如圖4所示。

由圖4可知，在同樣輸出功率下，同步整流的效率要比傳統(tǒng)整流高，這為提高電動汽車無線充電系統(tǒng)的效率奠定了基礎(chǔ)。

本文介紹了電動汽車無線充電系統(tǒng)和同步整流技術(shù)，并把同步整流和二極管整流分別用在電動汽車無線充電系統(tǒng)中，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了同步整流可以提高系統(tǒng)的傳輸功率。

[1]劉喜聲.同步整流在無線電能傳輸系統(tǒng)中的運(yùn)用[D].上海交通大學(xué),2015.

[2]田聲洋.感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2012.

[3]翟鵬偉.電動汽車無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北方工業(yè)大學(xué),2015.

[4]蘇玉剛,張寧,方少乾等.同步整流技術(shù)在ICPT系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013,28(12):313-317.

注：本課題是湖南省教育廳課題（課題號：15C0902）。