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(gè)重要的研究課題,。而效率問(wèn)題始終是一個(gè)主旋律[1]。電源中的損耗很大一部分來(lái)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(dǎo)通壓降使得系統(tǒng)效率低下。同步整流采用低導(dǎo)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(shí)，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(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用同步整流時(shí),，需要特殊的控制方式以避免延時(shí)導(dǎo)致的整流失效問(wèn)題。針對(duì)應(yīng)用同步整流提高系統(tǒng)效率的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)制作了同步整流控制電路以及應(yīng)用同步整流技術(shù)的感應(yīng)耦合傳輸系統(tǒng),。實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)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(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)二極管產(chǎn)生導(dǎo)通損耗,，其計(jì)算公式為：
    
2 感應(yīng)耦合電能傳輸?shù)耐秸?br/> 2.1 感應(yīng)耦合電能傳輸基本原理
    感應(yīng)耦合電能傳輸方法是一種基于電磁感應(yīng)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(guò)電磁感應(yīng)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(shè)備,，完成電能的無(wú)線傳輸[5]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    為了驗(yàn)證同步整流控制電路,，測(cè)試同步整流對(duì)系統(tǒng)效率的提升效果,，本文設(shè)計(jì)了半橋逆變電路、同步整流電路,、二極管整流電路進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,。測(cè)試電路原理如圖7所示。
    Tc1與Tc2同軸繞制,，保證控制信號(hào)與副邊電感信號(hào)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(wú)濾波電容,、接200 Ω純阻性負(fù)載的情況下測(cè)試負(fù)載兩端電壓波形,。測(cè)試電路及波形如圖8所示。
    從圖8可以看到,，負(fù)載兩端波形為正的半波方波,，沒有負(fù)電壓的出現(xiàn)?？刂齐娐诽崆鞍l(fā)出關(guān)斷信號(hào),，避免了延時(shí)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(duì)系統(tǒng)輸入/輸出參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)保證兩組整流電路負(fù)載相同,。在輸出電壓分別為5 V和3.3 V時(shí),，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(shí),，效率提升幅度在輸出電流1 A時(shí)達(dá)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(shí),，效率提升幅度隨輸出電流增加而降低,，在電流為100 mA時(shí)達(dá)15.51%。同步整流技術(shù)可明顯提高感應(yīng)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(shí)系統(tǒng)的輸入功率與二極管整流時(shí)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(cè)試輸出分別為5 V和3.3 V時(shí)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(shí),，損耗減少了10.16 W，占輸出功率的20.32%,。輸出3.3 V/10 A時(shí),，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(yīng)用同步整流技術(shù)可以顯著提高感應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)通損耗,，并設(shè)計(jì)了針對(duì)感應(yīng)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(shí)際電路測(cè)試驗(yàn)證了控制電路的有效性,。并且,，通過(guò)二極管整流與同步整流的對(duì)比測(cè)試，得到了在低壓大電流時(shí),，同步整流電路對(duì)系統(tǒng)效率的提升,。輸出電壓為5 V時(shí)可提高14.75%；輸出電壓為3.3 V時(shí)可提高15.51%,。輸出5 V/10 A時(shí),，損耗減少了10.16 W；輸出3.3 V/10 A時(shí),，損耗減少了11.15 W,。
參考文獻(xiàn)
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[4] 張峰，王慧貞.非接觸感應(yīng)能量傳輸系統(tǒng)中松耦合變壓器的研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用,，2007,，10(4)：54-64.
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