[發(fā)明專利]一種寬帶磁耦合諧振式無線電能傳輸E類功率放大器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710372858.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN108933569A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志仁;葉劍橋;徐海瑞;姜媛;金天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/02
• 分類號(hào): H03F1/02;H03F1/48;H03F3/193;H03F3/217
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國(guó)

本發(fā)明公開了一種寬帶磁耦合諧振式無線電能傳輸E類功率放大器，它的工作過程：輸入信號(hào)(1),門極偏置電源(2)經(jīng)過電源濾波電路(3)接于雙功率管(4)前端，反饋電路(5)并聯(lián)于雙功率管(4)兩端，漏極電源(6)經(jīng)過電源濾波電路(7)接于雙功率管(4)后端，雙功率管(4)輸出經(jīng)過帶阻抗變換功能的電抗補(bǔ)償電路(8)，輸出信號(hào)(9)。其采用雙MOS管放大，相較于傳統(tǒng)單管放大減小了每個(gè)MOS管上的電壓，對(duì)MOS管形成保護(hù)。對(duì)雙電抗補(bǔ)償電路進(jìn)行改進(jìn)，省去了傳統(tǒng)E類中的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。這種寬帶E類功放效率高，工作頻帶寬，相較于傳統(tǒng)單頻點(diǎn)E類功放，可在較寬頻帶上保持理想的輸出功率與效率。

技術(shù)領(lǐng)域

由于本發(fā)明寬帶型E類功率放大器主要應(yīng)用于磁耦合諧振式無線電能傳輸，故主要涉及電子與射頻領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)是無線電能傳輸三大技術(shù)之一，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究的熱點(diǎn)之一。但是目前無線電能傳輸?shù)墓β蔬€不大，停留在百瓦級(jí)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實(shí)生活中的需要，而提高傳輸功率主要涉及以下三個(gè)問題：(1)大功率寬頻帶高頻電源的設(shè)計(jì)(2)傳輸系統(tǒng)參數(shù)的阻抗匹配(3)電能傳輸穩(wěn)定性問題，即諧振頻率魯棒性問題。

目前無線電能傳輸高頻電源主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一種是利用電力電子器件通過全橋逆變或半橋逆變實(shí)現(xiàn)；一種是利用功放將信號(hào)功率進(jìn)行放大實(shí)現(xiàn)。前者可實(shí)現(xiàn)較大功率，但是由于受電力電子器件開關(guān)頻率的限制，電源頻率一般不高，且不易調(diào)節(jié)頻率。后者可以實(shí)現(xiàn)較大功率和頻率，利用其前面信號(hào)發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)調(diào)頻也很方便，但是設(shè)備成本較高。

功率放大式高頻電源由信號(hào)發(fā)生電路和功率放大電路組成，信號(hào)發(fā)生電路生成所需頻率的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過功率放大器將信號(hào)發(fā)生電路輸出的信號(hào)放大至所需功率。如果按放大器偏置和導(dǎo)通情況分，功率放大器可以分為A類、B類、AB類、C類、D類、E類、F類、S類等。A類、B類、AB類、C類通常劃分為經(jīng)典的功率放大器；D類、E類、F類、S類通常劃分為開關(guān)模式功率放大器。

其中，開關(guān)類功放的一個(gè)主要思路是開關(guān)在理想情況下不消耗任何功率，或者開關(guān)的電流為零，或者開關(guān)兩端的電壓為零，因而開關(guān)的V、I乘積總是為零，這意味著晶體管沒有任何功耗損失，其效率理論上可以達(dá)到100％。實(shí)際過程中,由于開關(guān)晶體管的導(dǎo)通壓降與寄生電阻等因素的影響，E類功率放大器的效率要低于100％，但是通過修改負(fù)載電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,電路的實(shí)際效率還是很高的。由于高頻電源屬于磁耦合諧振式傳輸系統(tǒng)的發(fā)射前端，要提高整體系統(tǒng)傳輸效率務(wù)必減小每一部分的損耗，而寬帶E類功放減小開關(guān)轉(zhuǎn)換損耗滿足我們對(duì)提高效率的要求。

寬帶E類功率放大器有多種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要差別在于電抗補(bǔ)償電路和匹配電路的類型，本發(fā)明最接近的寬帶E類功率放大器，如圖7所示。

其中，高頻扼流線圈RFC2為漏極提供一個(gè)恒定的直流，R1、C6提高功率管的穩(wěn)定性，由C13、C14、C15和L1、L2、L3組成的實(shí)數(shù)對(duì)復(fù)數(shù)切比雪夫低通阻抗變換電路，擁有電抗補(bǔ)償、阻抗變換的功能，但電抗補(bǔ)償?shù)念l率特性較差，工作頻帶較窄。C7為一個(gè)并聯(lián)等效電容，由開關(guān)管漏源兩極輸出等效電容與外接接地電容組成。在激勵(lì)信號(hào)的作用下，晶體管呈開關(guān)工作狀態(tài)。當(dāng)晶體管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極電壓波形由晶體管決定；當(dāng)晶體管截止時(shí)，集電極電壓波形由負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的瞬變響應(yīng)所決定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)的寬帶E類功放按照是否為線性功放分屬于非線性功放，采用雙管放大，減小了工作時(shí)每個(gè)MOS管上的電壓,對(duì)MOS管進(jìn)行保護(hù)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種寬工作頻帶的磁耦合諧振式無線電能傳輸E類功率放大器。