本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种低电压应力的电路及无线充电装置。
背景技术：
近年来，无线电能传输技术飞速发展，其中，磁场耦合无线电能传输技术由于传输功率大、效率稿、安全性好等优势，在各个领域得到广泛关注。
拓扑结构是无线电能传输的重要组成部分。传统Class E类功率放大器的拓扑结构具有结构简单、效率高的特点，通常用于作为无线充电发射器的功率级。
如图1所示，为传统Class E类功率放大器的电路结构示意图。其中，左端的开关代表工作于开关状态的晶体管，Cp为晶体管结电容和外加补充电容，LX、LS和CS组成输出电路，RL为负载电阻。
发明人在实现本发明实施例的过程中发现，传统Class E类功率放大器输出相同的功率需要更高的输入电压，晶体管通常达到3-5倍输入电压，导致功率器件电压应力高。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种低电压应力的电路及无线充电装置，能够有效降低功率器件的电压应力。
为了实现上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：
本发明提供了一种低电压应力的电路，包括逆变电路和输出电路，所述逆变电路包括：第一子逆变电路，包括：第一电源单元、第一电感、第一晶体管和第一谐波消除单元，所述第一电源单元的正极与所述第一电感的输入端连接，所述第一电感的输出端与所述第一晶体管的输入端连接，所述第一晶体管的输出端接地，所述第一电源单元的负极接地，所述第一谐波消除单元与所述第一晶体管并联连接；第二子逆变电路，与所述第一子逆变电路并联连接，包括：第二电源单元、第二晶体管、第二电感和第二谐波消除单元，所述第二电源单元的正极与所述第二晶体管的输入端连接，所述第二晶体管的输出端与所述第二电感的输入端连接，所述第二电感的输出端与所述第二电源单元的负极连接，所述第二电源单元的负极接地，所述第二谐波消除单元与所述第二晶体管并联连接；所述输出电路分别与所述第一谐波消除单元、所述第二谐波消除单元串联连接，所述输出电路用于输出交流电。
在一些实施例中，所述第一电感和所述第二电感绕设于同一磁环上。
在一些实施例中，所述第一谐波消除单元包括第一电容和第一LC单元，所述第一电容与所述第一晶体管并联连接，所述第一LC单元与所述第一电容并联连接；所述第二谐波消除单元包括第二电容和第二LC单元，所述第二电容与所述第二晶体管并联连接，所述第二LC单元与所述第二电容并联连接。
在一些实施例中，所述第一LC单元包括第三电容和第三电感，所述第三电感的输入端与所述第一电容的输入端连接，所述第三电感的输出端与所述第三电容的输入端连接，所述第三电容的输出端与所述第一电容的输出端连接；所述第二LC单元包括第四电容和第四电感，所述第四电容的输入端与所述第二电容的输入端连接，所述第四电容的输出端与所述第四电感的输入端连接，所述第四电感的输出端与所述第二电容的输出端连接。
在一些实施例中，所述第一电容与所述第二电容相同，所述第三电容与所述第二电容相同，所述第三电感与所述第四电感相同。
在一些实施例中，所述第一电容与所述第二电容相同，所述第三电容与所述第二电容相同，所述第三电感与所述第四电感相同。
在一些实施例中，所述第一阻抗匹配电路和所述第二阻抗匹配电路为π型阻抗匹配电路、倒L型阻抗匹配电路、T型阻抗匹配电路中的一种或多种。
在一些实施例中，所述电路还包括驱动电路，所述驱动电路分别与所述第一晶体管、所述第二晶体管连接。
在一些实施例中，所述驱动电路为变压器隔离驱动电路或光耦隔离驱动电路。
本发明还提供了一种无线充电装置，包括线圈和上述的低电压应力的电路，所述线圈与所述电路的输出电路连接。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况下，本发明实施例提供的一种低电压应力的电路通过设置并联连接的第一子逆变电路和第二子逆变电路，其中，第一晶体管与第一电感串联、第二晶体管与第二电感串联，第一晶体管与第一谐波消除单元并联、第二晶体管与第二谐波消除单元并联，使开关管的电压应力减小，从而有效降低功率器件的电压应力。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为传统Class E类功率放大器的电路结构示意图；
图2为本发明其中一实施例提供的低电压应力的电路的结构示意图；
图3a为图2中的第一谐波消除单元的结构示意图；
图3b为图2中的第二谐波消除单元的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的低电压应力的电路的结构示意图；
图5为本发明另一实施例提供的低电压应力的电路的结构示意图；
图6为本发明又一实施例提供的低电压应力的电路的驱动电路的结构示意图；
图7为本发明又一实施例提供的低电压应力的电路的波形示意图；
图8为本发明另又一实施例提供的无线充电装置的结构示意图；
图9a为图8中的线圈的一种结构示意图；
图9b为图8中的线圈的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供一种低电压应力的电路及无线充电装置，所述低电压应力的电路及无线充电装置使开关管的电压应力减小，能够有效降低功率器件的电压应力。
本发明实施例的低电压应力的电路可以作为其中一个功能单元，独立设置在无线充电装置中，也可以作为整合成一个功能模块进行使用。
具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
实施例一
图2为本发明其中一实施例提供的低电压应力的电路的结构示意图。如图2所示，本实施例的低电压应力的电路100包括逆变电路10和输出电路20，逆变电路10与输出电路20电连接。
逆变电路10包括并联连接的第一子逆变电路11和第二子逆变电路12。
其中，第一子逆变电路11包括第一电源单元111、第一电感112、第一晶体管113和第一谐波消除单元114。第一电源单元111的正极与第一电感112的输入端连接，第一电感112的输出端与第一晶体管113的输入端连接，第一晶体管113的输出端接地，第一电源单元111的负极接地，第一谐波消除单元114与第一晶体管113并联连接。
其中，第二子逆变电路12包括第二电源单元121、第二晶体管123、第二电感122和第二谐波消除单元124。第二电源单元121的正极与第二晶体管123的输入端连接，第二晶体管123的输出端与第二电感112的输入端连接，第二电感122的输出端与第二电源单元121的负极连接，第二电源单元121的负极接地，第二谐波消除单元124与第二晶体管123并联连接。
其中，第一电源111与第二电源112相同，并且第一电源111的输出电压与第二电源112的输出电压相同。
其中，第一电感112和第二电感122为规格相同的电感，第一电感112和第二电感122绕设于同一磁环上，且第一电感112的电流方向和第二电感122的电流方向相反。其中，磁环可以为铁氧体磁环。当工作电流分别流过第一电感112和第二电感122时，产生两个互相抵消的磁场，此时工作电流主要受电感的欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼，若有干扰信号流过第一电感112和第二电感122时，第一电感112和第二电感122即出现高阻抗，产生很强的阻尼效果，从而达到衰减干扰信号的作用。本实施例的第一电感112和第二电感122通过漏感增加共模滤波特性，从而降低谐波。
其中，第一晶体管113和第二晶体管123为规格相同的MOS管，具体可以为P沟道增强型MOS管。具体地，第一晶体管113的漏极与第一电感112的输出端连接，第一晶体管113的源极接地；第二晶体管123的漏极与第二电源单元121的正极连接，第二晶体管123的源极与第二电感122的输入端连接。通过第一晶体管113和第二晶体管123的反相连接，使第一晶体管113和第二晶体管123只需要输入较小的电压就能达到较高的输出电压值，从而能够提高电路100的负载能力。
其中，请参阅图3a，第一谐波消除单元114包括第一电容1141和第一LC单元1142。第一电容1141与第一晶体管113并联连接，第一LC单元1142与第一电容1141并联连接。具体地，第一电容1141的输入端与第一晶体管113的漏极连接，第一电容1141的输出端与第一晶体管113的源极连接。
可选地，第一LC单元1142包括第三电容11421和第三电感11422，第三电感11422的输入端与第一电容1141的输入端连接，第三电感11422的输出端与第三电容11421的输入端连接，第三电容11421的输出端与第一电容1141的输出端连接。通过调节第三电容11421与第一电容1141的比值，可以调节谐波消除网络的频率，从而定频消除第一晶体管113和第二晶体管123的漏极电压中的谐波。
其中，请参阅图3b，第二谐波消除单元124包括第二电容1241和第二LC单元1242。第二电容1241与第二晶体管123并联连接，第二LC单元1242与第二电容1241并联连接。具体地，第二电容1241的输入端与第二晶体管123的漏极连接，第二电容1241的输出端与第二晶体管123的源极连接。其中，第二电容1241与第一电容1141相同。
可选地，第二LC单元1242包括第四电容12421和第四电感12422，第四电容12421的输入端与第二电容1242的输入端连接，第四电容12421的输出端与第四电感12422的输入端连接，第四电感12422的输出端与第二电容1242的输出端连接。并且，第三电容11421与第四电容12421相同，第三电感11422与第四电感12422相同。
输出电路20分别与第一谐波消除单元114、第二谐波消除单元124串联连接。具体地，输出电路20的一端与第一谐波消除单元114的第三电感11422的输入端连接，输出电路20的另一端与第二谐波消除单元124的第四电感12422的输出端连接。输出电路20用于输出交流电。
在本实施例中，通过第一晶体管113与第一电感112串联、第二晶体管123与第二电感122串联，第一晶体管113与第一谐波消除单元114并联、第二晶体管123与第二谐波消除单元124并联，能够使开关管的电压应力减小，从而降低功率器件的电压应力，从而能够减小功率器件尺寸。
实施例二
图4为本发明另一实施例提供的低电压应力的电路的结构示意图。如图4所示，在实施例一的基础上，本实施例的低电压应力的电路100还包括第一阻抗匹配电路31第二阻抗匹配电路32。
其中，第一阻抗匹配电路31与第一谐波消除单元114并联，第二阻抗匹配电路32与第二谐波消除单元124并联。具体地，第一阻抗匹配电路31的一端与第三电感11422的输入端连接，第一阻抗匹配电路31的另一端与第三电容11421的输出端连接；第二阻抗匹配电路32的一端与第四电容12421的输入端连接，第二阻抗匹配电路32的另一端与第四电感12422的输出端连接。
其中，第一逆变电路11通过第一阻抗匹配电路31与输出电路20连接，第二逆变电路12通过第二阻抗匹配电路32与输出电路20连接。具体地，第一阻抗匹配电路31的输出端与输出电路20的一端连接，第二阻抗匹配电路32的输出端与输出电路20的另一端连接。
其中，第一阻抗匹配电路31和第二阻抗匹配电路32相同，第一阻抗匹配电路31和第二阻抗匹配电路32可以为π型阻抗匹配电路、倒L型阻抗匹配电路、T型阻抗匹配电路中的一种或多种。如图5所示，以第一阻抗匹配电路31和第二阻抗匹配电路32同时为π型阻抗匹配电路为例举例说明。第一电源单元111与第二电源单元112为Vdc，第一电感112为LF1，第二电感122为LF2，第一晶体管113为Q1，第二晶体管123为Q2，第一电容1141为C1，第三电感11421为L3，第三电容11422为C3，第二电容1142为C2，第四电感12421为L4，第四电容12422为C4，第一阻抗匹配电路31包括Cl1、Lpil1和Cr1，第二阻抗匹配电路32包括Cl2、Lpil2和Cr2。其中，LF1和LF2绕设于同一磁环，和分立式电感相比，感量降低为1/4，从而降低输入的高频噪声；Lpil1和Lpil2绕设于同一磁环，和分立式电感相比，感量降低为1/4，从而降低输出的高频噪声。
在本实施例中，通过加入阻抗匹配电路，减小了不同组E类功率放大器之间的干扰，并且实现阻抗匹配功能，使输出电路20输出的交流电的电流有效值为恒定值。
实施例三
图6为本发明又一实施例提供的低电压应力的电路的驱动电路的结构示意图。如图6所示，在实施例二的基础上，本实施例的低电压应力的电路100还包括驱动电路40，驱动电路40分别与第一晶体管113、第二晶体管114连接，用于驱动第一晶体管113、第二晶体管114工作。
其中，驱动电路20可以为变压器隔离驱动电路或光耦隔离驱动电路，在本实施例中，以驱动电路20为变压器隔离驱动电路为例举例说明。
其中，驱动电路40包括主驱动单元41、第一驱动单元42、第二驱动单元43、主线圈441、第一副线圈442和第二副线圈443。主驱动单元41与主线圈441连接，第一驱动单元42与第一副线圈442连接，第二驱动单元43与第二副线圈443连接，主线圈441、第一副线圈442、第二副线圈443绕设于同一磁环。其中，主线圈441作为初级线圈，第一副线圈442、第二副线圈443作为次级线圈。第一副线圈442、第二副线圈443分别通过互感接收主线圈441发射的电磁场，并将其转化为电能。其中，第一驱动单元42的输出端与第一晶体管113的栅极连接，第二驱动单元43与第二晶体管123的栅极连接，第一驱动单元42用于驱动第一晶体管113工作，第二驱动单元43用于驱动第二晶体管123工作。
可选地，请再参阅图6，第一驱动单元42包括电感、二极管和三极管(未标示)，电感的一端与第一副线圈441连接，电感的另一端与二极管的正极连接，二极管的正极还与三极管的基极连接，二极管的负极与三极管的发射极连接，三极管的发射极与第一晶体管113的栅极连接，三级管的集电极接地。第二驱动单元43与第一驱动单元42相同，此处不再赘述。
在本实施例中，通过设置驱动电路40，对反相并联连接的第一晶体管113和第二晶体管123同步驱动，能够提高电路100的负载能力，同时降低元器件的电性能参数。
请一并参阅图7，图7为本发明又一实施例提供的低电压应力的电路的波形示意图。如图7所示，图7为当第一电容1141的值与第三电容11421的值之比为3时，消除3次谐波后得到的波形图。当第一驱动单元42和第二驱动单元43分别同时驱动第一晶体管113和第二晶体管123时，第一电源单元111对第一电感112充电，第二电源单元121对第二电感122充电，第一晶体管113的漏极和源极之间的电压Vds1为0，第二晶体管123的源极对地的电压VS2为Vdc，同时，第一电源单元111、第二电源单元121对输出电路20的负载充电，使负载的电流I0逐渐增大；当第一驱动单元42和第二驱动单元43分别同时停止驱动时，第一晶体管113和第二晶体管123同时断路，负载的电流I0逐渐降低；当负载的电流I0降低为0时，第一电感112放电，并对负载充电，使负载的电流I0的电流方向改变，且电流I0逐渐增大；当第一电感112放电完成后，电流I0逐渐减小直至为0，此时第一驱动单元42和第二驱动单元43继续分别同时驱动第一晶体管113和第二晶体管123。
其中，iC1为第一电容1141的电流，iL3为第三电感11422的电流，IIN为输入电流，VIN为输入电压，vDS为第一晶体管113漏极和源极之间的电压，i0为输出电压，其关系如下：
其中，p为输出电流增益，为输出电流相位角，
本发明实施例中的低电压应力的电路100通过第一晶体管113与第一电感112串联、第二晶体管123与第二电感122串联，第一晶体管113与第一谐波消除单元114并联、第二晶体管123与第二谐波消除单元124并联，能够降低功率器件的电压应力，提高设备的可靠性；使第一晶体管113、第二晶体管123反相并联设置并且通过驱动电路40同步驱动，能够提高负载能力，同时降低元器件的电性能参数，提高冗余性能；通过将第一电感112和第二电感122绕设于同一磁环，降低电感感量，并且通过漏感增加共模滤波特性，降低谐波；通过设置第一谐波消除单元114和第二谐波消除单元124，能够定频消除谐波；通过设置第一阻抗匹配电路31和第二阻抗匹配电路32，能够使输出电路20的交流电的电流有效值恒定，具有恒流源特性。综上所述，本实施例中的低电压应力的电路100具有电压应力低、负载能力强、谐波低、效率高、体积小、成本低的特点。
实施例四
请参阅图8，图8为本发明另又一实施例提供的无线充电装置的结构示意图。本实施例中的无线充电装置300包括线圈200和上述实施例中的低电压应力的电路100，其中，线圈200与电路100的输出电路20连接。其中，图8中以实施例三中的低电压应力的电路100为例举例说明。
其中，输出电路20两端分别通过输出电容与线圈200的两端连接，以进一步降低输出电路20的谐波。
线圈200为无线充电装置300中的发射线圈，发射线圈用于将高频信号转化成高频电磁波辐射出去。
可选地，请参阅图9a，线圈200的绕设形状可以为正方形，其参数可以为：外径OD＝176.5mm*169mm，圈数N＝2，线宽W＝3mm，线间距＝1.5mm。
可选地，请参阅图9b，线圈200的绕设形状还可以为圆形，其参数可以为：外径OD＝180mm，圈数N＝4，线宽W＝2.5mm，线间距S＝4mm。
本实施例中的无线充电装置300包括线圈200和电压应力小、尺寸小的低电压应力的电路100，能够显著提高发射功率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。