同步整流在電動汽車無線充電中的應用

湖南鐵道職業技術學院 高巧玲

同步整流在電動汽車無線充電中的應用

湖南鐵道職業技術學院 高巧玲

同步整流技術利用具有低導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用，通過和普通整流的損耗比對，驗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，應用范圍受限制。無線充電解決了有線充電的安全隱患及應用范圍受限制的缺點，現在應用越來越廣泛，成為國內外研究的熱點。

1 電動汽車無線充電系統

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耦合式，本文采用感應式耦合無線電能傳輸技術，感應耦合無線電能傳輸系統如圖所示，該系統通過高頻逆變將直流電源轉換為高頻交流電通過發射線圈發送給接收線圈，接收端將接收到的高頻交流電轉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行研究，用同步整流代替傳統的二極管整流技術，從而提高整個系統的效率。

圖1 感應耦合電動汽車無線電能傳輸系統

2 基于同步整流的電動汽車無線充電系統

日常生活中使用的電子設備，大部分都是直流負載，而電網提供給我們的是交流電壓，如何把交流電變為直流電，供直流負載使用，這就是整流存在的意義。目前傳統的整流技術主要是利用二極管的單向導電性——正偏導通，反偏截止的特點，由于二極管的導通壓降小，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展，內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，二極管的導通壓降不能再被忽略不計，二極管所造成的損耗也會隨著負載電流的增大而急劇增大，同步整流技術的出現解決了這個問題。

2.1 同步整流技術

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，簡稱SR，功率MOSFET又稱為SR管，SR管的導通電阻非常小，非常適合應用在低壓大電流場合。根據SR管的工作特性可知SR管的工作狀態有四種：飽和區、截止區、放大區和反向電阻區，同步整流時，SR管必須工作在反向電阻區，即必須滿足，這是因為SR管內部有個反向并聯的體二極管，當時，體二極管導通，而此時，SR管的槽底就會反向形成導電溝槽，漏極電流也會反向，并與保持線性關系。

2.2 基于同步整流的電動汽車無線充電技術

基于同步整流技術的電動汽車無線充電系統如圖2所示，普通的整流不需要驅動電路和控制電路，而同步整流需要驅動及控制電路，因為SR管的關斷和導通需要受PWM信號的控制。圖2為同步整流無線充電系統架構。

圖2 同步整流無線充電系統架構

傳統的二極管整流根據拓撲結構分為半波、全波和橋式整流，所以同步整流技術也有這三種方式，本文采用全橋整流拓撲結構，如圖3所示，通過IR1167芯片控制SR管的導通和關斷。因為IR1167內部有三個閾值電壓，當SR官的漏源極電壓時，IR1167輸出高電平，MOS管開啟，當時，IR1167輸出低電平，MOS關斷，當時，芯片復位，進入下一個周期。

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管上產生2個，當時，Q1和Q4導通，電流從二極管轉移到MOS管中，當負半周期快來的時候，此時，芯片進入新的判斷周期。這就是同步整流技術，同步整流還可以和發送電路的高頻逆變的4個開關管結合起來工作，同時實現軟開關和同步整流技術。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

為了驗證同步整流和普通整流的對電動汽車無線充電系統的影響，分別用二極管和MOSFET功率管，采用全橋拓撲結構實現整流，對同一輛電動車的蓄電池進行充電，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整流高，這為提高電動汽車無線充電系統的效率奠定了基礎。

本文介紹了電動汽車無線充電系統和同步整流技術，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中，通過實驗驗證了同步整流可以提高系統的傳輸功率。

[1]劉喜聲.同步整流在無線電能傳輸系統中的運用[D].上海交通大學,2015.

[2]田聲洋.感應耦合電能傳輸系統的研究與設計[D].電子科技大學,2012.

[3]翟鵬偉.電動汽車無線充電系統設計[D].北方工業大學,2015.

[4]蘇玉剛,張寧,方少乾等.同步整流技術在ICPT系統中的應用[J].電工技術學報,2013,28(12):313-317.

注：本課題是湖南省教育廳課題（課題號：15C0902）。