CN104094514A - 具有b2桥和仅一个开关机构的受控的整流器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应式能量传输***的次级侧的整流器，其中所述能量传输***具有单相的谐振电路，所述单相的谐振电路具有至少一个电感(L)和至少一个电容(CS)，所述单相的谐振电路能够与初级侧的谐振电路磁耦合，并且所述次级侧的整流器具有由四个二极管(D1、D2、D3、D4)构成的B2桥接电路，所述B2桥接电路在输入侧与所述次级侧的谐振电路连接，并且至少一个平滑电容器(Cgr)平滑所述B2桥接电路的输出电压，其特征在于，开关机构(S)与二极管(D1、D2、D3、D4)并联，借助于所述开关机构，所述二极管(D1、D2、D3、D4)能够短路。

Description

具有B2桥和仅一个开关机构的受控的整流器
技术领域
本发明涉及一种感应式能量传输***的次级侧的整流器，其中所述能量传输***具有单相谐振电路，所述单相谐振电路具有至少一个电感和至少一个电容，所述单相谐振电路能够与初级侧的谐振电路磁耦合，并且次级侧的整流器具有由四个二极管构成的B2桥接电路，所述B2桥接电路在输入侧与次级侧的谐振电路连接，并且至少一个平滑电容器平滑其输出电压。
背景技术
通常，在无接触的能量传输中，对气隙变压器的次级电路中的感应电压进行整流，其中所产生的直流电压紧接着用于耗电器的供给。在此，简单的整流器由B2桥和附加的平滑电容器构成，如其在图1中所示出的，其中所述B2桥由四个二极管D1至D4构成。整流器在此产生直流电压，所述直流电压首先取决于到初级电路的耦合并且也取决于负载。如果需要恒定的直流电压，那么可变的整流电压UA经由未示出的DC/DC转换器来调控。在谐振电路中的感应电压由等效电压源Ui代表。在应用谐振电路时能量传输***的传输频率位于kHz范围中。
上述整流器也适合于感应式能量传输***的整流，所述感应式能量传输***具有初级侧的单相谐振电路和次级侧的单相谐振电路，所述初级侧的单相谐振电路和所述次级侧的单相谐振电路彼此磁耦合。在此，所述谐振电路能够构成为并联谐振电路或者串联谐振电路，所述并联谐振电路或者串联谐振电路由电感和电容构成。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种受控的次级侧的整流器，借助所述整流器能够调控或调节输出电压，并且所述整流器由少量的器件构成。
所述目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的次级侧的整流器来实现。根据本发明的整流器的其它有利的设计方案通过从属权利要求的特征得出。
有利地，根据本发明的次级侧的整流器的特征在于，需要仅一个受控的开关机构，借助于所述开关机构能够在两个模式之间来回切换。开关机构在此与B2桥的二极管中的一个并联。在开关机构断开的情况下，并联的二极管不短路，以至于次级侧的整流器如传统的不受控的B2桥式整流器一样工作。因此，在这个第一模式中提出一种全桥整流。这种全桥整流典型地提供在空载时具有UA＝√2*Ui的AC值的简单的峰值整流。
在第二模式中，二极管借助于开关机构短路，由此整流器连同次级侧的谐振电路的至少一个电容一起作为电压倍增器来工作。在第二模式中，在谐振电路的多个振荡周期之后，产生空载时的双倍的电压值UA＝2*√2*Ui。
因此通过开关机构的接通持续时间能够调控在值UA,min＝√2*Ui和UA,max＝2*√2*Ui之间的输出电压或者持久地切换到UA,min＝√2*Ui或者UA,max＝2*√2*Ui。
在此，当开关机构被软切换时，也就是说，在切换开关机构时没有电流流经这个开关机构并且所述开关机构无电压地被切换时，是有利的。由此有利地产生低的开关损耗。然而也可能的是，开关机构被硬切换。
因此，根据本发明的次级侧的整流器能够借助于仅一个附加的开关机构实现在足够大的调整范围中对输出电压进行调控。因此所述一个开关机构有利地替代了否则必需的DC/DC转换器。
由于少量的所需要的器件，根据本发明的整流器的特征在于小的结构类型和低的重量，并且此外在制造时是低成本的。
由于如下可能性，即以电压倍增模式操作整流器，能够有利地降低次级侧的谐振电路中的无功功率，因为仅必须对于传统的无源整流器的有效电压和一半的无功电压的总和来确定谐振电容器的尺寸。
如果将根据本发明的整流器在拾取器(Pickup)中使用，那么这个拾取器能够有利地较小地确定尺寸并且较低成本地制造。本发明要求保护的是能量传输***和拾取器，其中应用根据本发明的次级整流器。
附图说明
接下来借助附图详细阐述根据本发明的整流器。
附图示出：
图1示出通过次级侧的谐振电路馈电的不受控的B2U桥式整流器；
图2示出具有使二极管可选地短路的开关元件的根据本发明的次级侧的受控的桥式整流器；
图3示出第二模式的等效电路图，其中二极管借助于开关元件短路，并且整流器作为电压倍增器工作；
图4示出电流和电压图。
具体实施方式
在图2中示出根据本发明的次级侧的整流器的电路图。通过线圈的电感L和谐振电容器CS形成的串联谐振电路连接在整流器的二极管桥的输入端子P1和P2上。在二极管桥的输出端子A1、A2上接有平滑电容器。在谐振电路中示出电压源Ui，所述电压源代表感应电压。
开关机构S与任意的二极管D1至D4并联，借助于所述开关机构，整流器可在第一和第二模式中来回切换。在第一模式中，当半导体开关S关断时，整流器充当B2全桥，如其在图1中所示出的。因此在输出端上产生输出电压UA,min＝√2*Ui。
如果开关机构S闭合，那么在点P1中的电势接地或者被拉到端子A1的电势上，并且整流器处于第二模式中进而处于倍增模式中。如果开关机构S足够长时间地闭合或者接通，那么产生输出电压UA,max＝2*√2*Ui。
因此，根据接通持续时间，输出电压UA能够被调控到这两个极限值UA,min和UA,max之间的任意值上。
在第二模式中，感应电压的负半波流经二极管D3，以至于谐振电容器CS被充电到其峰值，以便随后在正半波期间经由二极管D4将平滑电容器Cgr充电到正半波的感应电压和谐振电容器电压的总和上，所述谐振电容器电压在负半波期间被存储，以至于在几个振荡周期之后发生电压UA,max。
图4示出能切换的整流器的电压和电流。只要用于开关机构S的控制信号G为零，那么振荡电路的两极在推挽电路中是对称的。所述电路处于全桥模式中。流入平滑电容器中的整流电流包含两个半周期。只要反并联二极管将电流导向开关S，那么半导体开关S能够无电压地被接通。因此避免了开关损耗。
在时间点T1，用于开关机构S的控制信号G被设为EINS，由此二极管D1通过开关机构S被短路。整流器从时间点T1起连同谐振电路的电容器CS一起作为电压倍增器来工作。因此，如果上部的二极管借助于开关机构S短路，点P1的电势进而振荡电路的电势——如所示出的——接地或者被连接到固定的电势上。整流器电流Igr仅在正半周期中流动。因为输出电压UA在平滑电容器Cgr上不会突然地加倍，所以峰值电流提高并且平均更多的功率被引导到输出电路上。输出电压UA随着时间常数提高，所述时间常数从整个无源电路的性能得出。控制信号G通常具有如下频率，所述频率小于能量传输***的传输频率。如已经阐述的，经由半导体开关S的接通持续时间/关断持续时间能够调控整流器的输出电压UA或者输出电流的大小。

Claims (13)

1.一种感应式能量传输***的次级侧的整流器，其中所述能量传输***具有单相的谐振电路，所述单相的谐振电路具有至少一个电感(L)和至少一个电容(CS)，所述单相的谐振电路能够与初级侧的谐振电路磁耦合，并且所述次级侧的整流器具有由四个二极管(D1、D2、D3、D4)构成的B2桥接电路，所述B2桥接电路在输入侧与所述次级侧的谐振电路连接，并且至少一个平滑电容器(Cgr)平滑所述B2桥接电路的输出电压，其特征在于，开关机构(S)与二极管(D1、D2、D3、D4)并联，借助于所述开关机构，所述二极管(D1、D2、D3、D4)能够短路。
2.根据权利要求1所述的次级侧的整流器，其特征在于，控制装置(E)切换所述开关机构(S)。
3.根据权利要求2所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)操控所述开关机构(S)以用于调控额定输出电压(UA,SOLL)或者额定输出电流，并且为此将所述整流器的经测量的实际输出电压
(UA,IST)或者实际输出电流和所述额定输出电压(UA,SOLL)或者所述额定输出电流进行比较。
4.根据权利要求2或3所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)接通所述开关机构(S)，以用于提高所述输出电压(UA)，由此相关的所述二极管(D1)短路。
5.根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的整流器，其特征在于，在第一模式中，其中所述开关机构(S)被关断进而相关的所述二极管(D1)不短路，所述次级侧的整流器是正常的整流器，并且在第二模式中，其中所述开关机构(S)被接通进而相关的所述二极管(D1)短路，所述次级侧的整流器连同所述次级侧的谐振电路的所述电容(CS)一起形成电压倍增器。
6.根据权利要求5所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述整流器通过在两个模式之间的切换来调控额定输出电压(UA,SOLL)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述开关机构(S)在所述次级侧的谐振电路的多于一个的振荡周期内断开或者闭合。
8.根据上述权利要求2至7中任一项所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)取决于所述B2桥接电路的输入端子(P1、P2)中的一个上的电压(Upu1、Upu2)或者电势和/或取决于流经所述开关机构(S)的电流来切换所述开关机构(S)。
9.根据权利要求8所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)仅在流过所述开关机构(S)的电流为零时或者近似为零时才断开所述开关机构(S)以用于将开关损耗最小化。
10.根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)确定在点(P2)中的未接通的电势(Upu2)并且所述控制信号(G)与所述电势(Upu2)的变化曲线同步。
11.根据权利要求10所述的次级侧的整流器，其特征在于，所述控制装置(E)仅在所述电势(Upu2)具有大于UA,ist/2的值时才切换所述开关机构(S)。
12.一种应用根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的整流器的能量传输***。
13.一种用于具有根据权利要求1至11中任一项所述的次级侧的整流器的单相的能量传输***的拾取器。
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