[實用新型]一種基于雙E類功放的諧振式無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201520343613.5
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN204947740U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 王學梅;王振亞;張波;鄭浩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及一種基于雙E類功放的諧振式無線電能傳輸系統，尤其涉及一種添加雙端阻抗變換網絡的諧振式無線電能傳輸系統。

背景技術

雙E類功率放大電路，即雙E類功放，工作頻率可以達到MHz以上，電路結構相對簡單，容易實現軟開關，電能轉換效率理論上可以達到100％，而且輸出功率是同等條件下普通E類功放的4倍，因此特別適合作為諧振式無線電能傳輸系統的高頻功率源。當雙E類功放內部各元件參數設計恰當的時候，雙E類功放不僅可以工作在零電壓開關(ZVS)狀態，而且可以實現零電壓導數開通(ZDS)狀態，這時雙E類功放將工作在最佳狀態，此時雙E類功放的輸出電阻就是最佳電阻R。

諧振式無線電能傳輸技術具有傳輸距離遠、傳輸效率相對較高、非輻射性等特點，特別適合于中等距離的無線電能傳輸。其主要組成部分是傳輸線圈和負載，傳輸線圈一般靠自諧振或者外接電容達到諧振狀態，從而實現電能的有效傳輸。但在實際應用中，傳輸線圈并不是理想線圈，要考慮其內阻，負載電阻也不是越大越好，它存在一個最佳值使得系統傳輸效率最高。

但是在實際的系統中，傳輸線圈位置容易發生變化，這將引起線圈間的互感發生變化，進而引起系統的綜合性能惡化，具體表現在兩個方面，即：第一，雙E類功放外部傳輸效率最高時對應的最佳負載值發生變化，引起傳輸效率大幅下降；第二，雙E類功放外部的等效電阻發生變化，不等于其最佳輸出電阻R，導致雙E類功放內阻無法實現ZDS(零電壓導數開通)，甚至無法實現ZVS(零電壓開通)，使得開關管電壓、電流應力增大，損耗增加，甚至燒壞開關管。

為了解決以上問題，提出了如參考圖1所示的一種添加雙端阻抗變換網絡的諧振式無線電能傳輸系統。通過在發射端和接收端分別添加適當的阻抗變換網絡，本系統不僅可以保證在傳輸線圈位置發生變化的情況下雙E類功放處于最佳工作狀態，即滿足ZVS和ZDS工作條件，而且可以使得雙E類功放外部的諧振式無線電能傳輸效率達到最高，從而使得整個系統的性能最佳。并且在同等條件，雙E類功放的輸出功率是普通E類功放的4倍，這將大大提高諧振式無線電能傳輸系統的輸出功率。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服目前基于普通E類功放的諧振式無線電能傳輸系統輸出功率較小的問題，以及解決目前基于雙E類功放的諧振式無線電能傳輸系統存在幾種實際問題，具體表現在：由于系統原來參數設計不合理，或者傳輸線圈位置發生變化時，雙E類功放電路實際工作狀態不佳，如開關管電壓或者電流應力大，雙E類功放內部損耗較大，以及外部的諧振式無線電能傳輸效率低下的問題。通過在發射線圈和接收線圈兩側分別添加適當的阻抗變換網絡，不僅可以保證在線圈位置發生變化時雙E類功放仍處于最佳工作狀態，同時保證雙E類功放外部的傳輸效率最高，從而使得整個系統的工作性能最佳，另外系統的輸出功率也增加為基于普通E類功放的諧振式無線電能傳輸系統的4倍，負載獲得功率大大增加。

本實用新型的目的至少通過如下技術方案之一實現：

一種基于雙E類功放的諧振式無線電能傳輸系統，包括雙E類功放模塊、傳輸線圈模塊、原邊阻抗變換網絡、副邊阻抗變換網絡及負載；其中雙E類功放模塊由直流電壓源、第一扼流電感、第二扼流電感、第一驅動信號、第二驅動信號、第一開關管、第二開關管、第一反向續流二極管、第二反向續流二極管、第一并聯旁路電容、第二并聯旁路電容、濾波電感、濾波電容組成，雙E類功放模塊的輸出端產生高頻正弦交流電，作為諧振式無線電能傳輸系統的高頻功率源；傳輸線圈模塊包括發射線圈和接收線圈，其中發射線圈等效為由發射線圈內阻、發射線圈電感和發射線圈諧振電容形成的RLC串聯諧振模式，接收線圈等效為由接收線圈內阻、接收線圈電感和接收線圈諧振電容形成的串聯諧振模式；原邊阻抗變換網絡的輸入端與雙E類功放模塊的輸出端相連，輸出端與傳輸線圈模塊中的發射線圈相連；副邊阻抗變換網絡的輸入端與傳輸線圈模塊中的接收線圈相連，輸出端與負載相連。

進一步地，雙E類功放模塊工作在最佳狀態時，即滿足零電壓開通(ZVS)和零電壓導數開通(ZDS)條件，此時雙E類功放模塊的等效輸出電阻就是其對應的最佳輸出電阻；雙E類功放模塊內部的第一開關管由高頻驅動信號來驅動；第二開關管由高頻驅動信號來驅動，第一開關管和第二開光管各自驅動信號的作用下互補導通，交替關斷；高頻驅動信號的頻率即系統頻率f的范圍為0.5MHz-50MHz之間，開關管的占空比D＝0.5。