文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2011)12-0066-03
隨著電源技術(shù)的發(fā)展,,低壓大電流開關(guān)電源逐漸成為目前一個重要的研究課題,。而效率問題始終是一個主旋律[1]。電源中的損耗很大一部分來自于整流電路,。傳統(tǒng)整流方式是使用整流二極管,,其較高的導通壓降使得系統(tǒng)效率低下。同步整流采用低導通電阻的功率MOSFET取代整流二極管,,以降低整流損耗[2],。整流時,要求MOSFET柵極電壓與被整流電壓保持一定的相位同步關(guān)系,。
感應耦合電能傳輸系統(tǒng)中應用同步整流時,,需要特殊的控制方式以避免延時導致的整流失效問題。針對應用同步整流提高系統(tǒng)效率的問題,,本文設計制作了同步整流控制電路以及應用同步整流技術(shù)的感應耦合傳輸系統(tǒng),。實驗測試數(shù)據(jù)說明,該電路有效地避免了整流失效,,顯著地提高了系統(tǒng)效率,。
1 整流損耗分析
1.1 二極管整流
二極管半波整流電路如圖1所示。
整流二極管導通時,電流流經(jīng)二極管產(chǎn)生導通損耗,,其計算公式為:
2 感應耦合電能傳輸?shù)耐秸?br/>
2.1 感應耦合電能傳輸基本原理
感應耦合電能傳輸方法是一種基于電磁感應耦合理論,,現(xiàn)代電力電子能量變換技術(shù)及控制理論于一體的新型電能傳輸模式[4],其基本原理如圖3所示,。電源提供的直流電經(jīng)逆變電路轉(zhuǎn)換后供給原邊電感,。副邊電感通過電磁感應得到交流電。整流后由功率處理電路將其轉(zhuǎn)換為所需的電流/電壓,,供給用電設備,,完成電能的無線傳輸[5]。
3 實驗結(jié)果
為了驗證同步整流控制電路,,測試同步整流對系統(tǒng)效率的提升效果,,本文設計了半橋逆變電路、同步整流電路,、二極管整流電路進行對比測試,。測試電路原理如圖7所示。
Tc1與Tc2同軸繞制,,保證控制信號與副邊電感信號同步,。原邊電感采用棒狀磁芯,副邊電感繞在管狀骨架上,,線圈匝比1:1,。整流二極管采用MUR1660雙管并聯(lián),同步整流MOSFET采用IRF3205單管,。逆變MOSFET采用兩只FQA38N30單管,,工作頻率20 kHz。
3.1 同步整流控制電路
在無濾波電容,、接200 Ω純阻性負載的情況下測試負載兩端電壓波形,。測試電路及波形如圖8所示。
從圖8可以看到,,負載兩端波形為正的半波方波,,沒有負電壓的出現(xiàn)??刂齐娐诽崆鞍l(fā)出關(guān)斷信號,,避免了延時的影響,保證了整流電路的有效性,。
3.2 系統(tǒng)效率
在整流后端接入濾波電容,,分別使用二極管整流,,同步整流對系統(tǒng)輸入/輸出參數(shù)進行測試,。測試時保證兩組整流電路負載相同。在輸出電壓分別為5 V和3.3 V時,系統(tǒng)效率如圖9所示,。
從圖9可以看到,,輸出電壓為5 V時,效率提升幅度在輸出電流1 A時達到峰值,,為14.75%,,隨后隨著輸出電流增加而下降。輸出電壓為3.3 V時,,效率提升幅度隨輸出電流增加而降低,,在電流為100 mA時達15.51%。同步整流技術(shù)可明顯提高感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的效率,。隨著輸出電流增加,,耦合電感的效率降低,系統(tǒng)整體效率下降,,效率提升幅度也下降,。
輸出功率相同的情況下,同步整流時系統(tǒng)的輸入功率與二極管整流時系統(tǒng)的輸入功率的差值,,即為同步整流電路減少的損耗,。測試輸出分別為5 V和3.3 V時減少的功耗值,結(jié)果如圖10所示,。
從圖10可以看到,,同步整流比二極管整流減少的損耗,隨輸出功率的增加而同步增加,。輸出5 V/10 A時,,損耗減少了10.16 W,占輸出功率的20.32%,。輸出3.3 V/10 A時,,損耗減少了11.15 W,占輸出功率的33.79%,??梢姡谳敵龅蛪捍箅娏鞯那闆r下,,應用同步整流技術(shù)可以顯著提高感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的效率,,大大減少整流損耗。
整流二極管較高的導通壓降,,使得整流損耗較大,。在輸出低電壓大電流的情況下,損耗尤為突出,。本文系統(tǒng)分析了二極管與同步整流的導通損耗,,并設計了針對感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的同步整流控制電路,,避免整流電路的失效。實際電路測試驗證了控制電路的有效性,。并且,,通過二極管整流與同步整流的對比測試,得到了在低壓大電流時,,同步整流電路對系統(tǒng)效率的提升,。輸出電壓為5 V時可提高14.75%;輸出電壓為3.3 V時可提高15.51%,。輸出5 V/10 A時,,損耗減少了10.16 W;輸出3.3 V/10 A時,,損耗減少了11.15 W,。
參考文獻
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