[發明專利]一種ClassE結構的無線輸電裝置用高頻電源設備

有效

• 申請號: 201410326171.3
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104242715B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 丁文萍
• 申請（專利權）人: 丁文萍
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02H7/12;H02J50/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線輸電技術領域，特別是涉及一種高頻電源設備。

背景技術

無線輸電這項前沿技術被認為是今后電力科技的發展發向，將帶來人類生活和生產方式的重大變革，有著巨大的市場和發展前景。如家用電器、電動汽車、工業機器人、醫療器械、航空航天、油田礦井、水下作業、無線傳感器網絡及RFID等方面。

目前，最具發展前景的無線輸電技術是基于磁耦合共振方式的技術，由于現在該技術的設計工作頻率多在1kHz到30MHz之間，而該技術中的高頻電源為設計關鍵組件之一。現有技術多采用Colpitts電容三點式的振蕩器作為高頻電源，該方式的缺點是效率較低，從而影響了整個無線輸電系統的效率。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種新型高效率的小體積高頻電源設備解決方案，能有效實現千瓦級的功率輸出，輸出功率可調。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備，由電源保護電路、高頻振蕩單元、高速驅動單元、高頻功率放大單元組成；電源保護電路為各單元提供工作電壓，并為輸入過壓，高頻功率放大單元過流和過熱時提供保護，高頻振蕩單元產生一個高頻信號送往高速驅動單元，再由高速驅動單元驅動高頻功率放大單元進行放大輸出，作為無線輸電系統中的高頻電源。

進一步的，本發明的一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備中，所述高頻功率放大單元是由增強型GaN功率FET組成的E類功率放大器。

進一步的，本發明的一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備中，所述高速驅動單元采用獨立源極與漏極輸出(source and sink output)驅動。

進一步的，本發明的一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備中，所述高頻振蕩單元使用石英晶體組成的串聯振蕩器，并通過一個D觸發器調節振蕩頻率的占空比，以便調節輸出的功率。

進一步的，本發明的一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備中，所述電源保護電路設有溫度，過壓，限流保護，在異常情況時可以關斷電源保護設備。

進一步的，本發明的一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備中，所述高頻功率放大單元包括1個或多個增強型GaN功率FET并聯，1個高頻扼流圈RFC，LC串聯諧振電路。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

在整個無線輸電系統中，高頻電源作為其關鍵部件之一，高頻電源效率的高低直接影響整個無線輸電系統的效率，本高頻電源方案驅動電路使用了獨立源極與漏極輸出，驅動由增強型GaN功率FET組成的E類功率放大器，其中采用的GaN功率管，與采用傳統的MOS功率管相比，具有更低的開關損耗和導通損耗，可極大的提高高頻電源的效率，同時發熱少，體積小。

由于增強型GaN功率管可以承受極快的開關速率，采用增強型GaN功率管的E類功率放大器，可以達到適合無線輸電的工作頻率范圍要求，即達到1kHz到30MHz的工作頻率范圍。

附圖說明

圖1為本發明系統的總體框圖。

圖2為本發明中電源保護電路的電路結構示意圖。

圖3為本發明中高頻振蕩單元的電路結構示意圖。

圖4為本發明中高速驅動單元的電路結構示意圖。

圖5為本發明中高頻功率放大單元的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：

本發明所提供的方法是采用直流電作為輸入，產生一個高頻信號輸出到高速驅動單元，再由高速驅動單元去驅動由增強型GaN功率FET組成的E類功率放大器，實現高頻電的輸出。改變高頻信號的占空比，實現高頻振蕩電源輸出功率的調節。

一種Class E結構的無線輸電裝置用高頻電源設備，由電源保護電路1、高頻振蕩單元2、高速驅動單元3、高頻功率放大單元4組成，參照圖1所示；所述的電源保護電路是給高頻電源系統供電和提供異常保護的電路，并輸出電源給另外3個單元供電；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將直流電經過振蕩產生一個高頻信號輸出到高速驅動電路；高速驅動電路將高頻信號整形后生成差分信號，再分別經過采用獨立源極與漏極輸出的高端、低端驅動輸出DH和DL信號，用于驅動高頻功率放大單元；高頻功率放大單元是由增強型GaN功率FET、高頻扼流圈、濾波器組成的一個E類功率放大單元，將輸入信號進行功率放大后輸出，作為無線輸電系統中的高頻電源。