[发明专利]无线电能传输系统自激跟踪功率放大器

说明书

技术领域

无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科强交叉的新的研究领域，涵盖电磁场、电力电子技术、电力系统、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。

本发明——无线电能传输系统自激跟踪功率放大器，基于无线电能传输技术原理，遵从自激振荡放大以及优化设计的理念，设计出高效无线电能传输电源放大器，能够充分发挥电磁耦合谐振系统的电气特性，可为向数米范围内的负载无线供电时提供可靠电源保障，可以广泛应用于公共用电场合或各种存在安全隐患的用电环境。

背景技术

无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在自激振荡放大以及优化设计的理念引导下，对电磁耦合谐振式无线电能传输系统高频电源进行设计，实现高效可靠的自激跟踪功率放大器。

本发明所采用的技术方案是：无线电能传输系统自激跟踪功率放大器，包括有直流电源(1)通过限压保护(2)后连接选频网络(3)，在经过抬压环节(4)、反馈调节(5)、放大环节(6)组成的网络后，能量持续振荡并被放大，最终加载到源线圈(7)上，完成高频大功率输出。

所述的抬压环节(4)通过具有一定横截面积的低损耗利兹线绕制而成，包括初级低压侧与次级高压侧两部分。初级低压侧采用匝数较少且横截面及较大的利兹线绕制，而次级高压侧采用匝数较多且横截面及较小的利兹线绕制，从而可以通过电磁感应的原理将低压大电流转功率转换为高压小电流功率。

所述的反馈调节(5)采用放大器电路实现，其中包含限流电阻，基极电阻，偏置电阻与反馈电阻，并通过电阻上分压比例调整反馈的程度。

所述的源线圈(7)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，自身具有一定电感量，负责加载高频电磁能量。源线圈(7)和抬压环节(4)的电感量串联后与选频网络(3)的电容并联共同决定了功率放大器的工作频率。

本发明的无线电能传输系统自激跟踪功率放大器，通过直流电源(1)经限压保护(2)后加载至放大环节(6)上，在反馈调节(5)及等效电感与电容的作用下配合放大环节(6)中功率放大管的非线性稳幅特性实现高频电磁振荡，将直流电磁功率转换为高频电磁功率并加载至源线圈(7)上，从而为实现数米范围内高效可靠的无线电能传输提供稳定的电力供应。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是抬压环节(4)的结构图；

图3是反馈调节(5)的结构图；

图4是源线圈(7)的结构图；

图5是无线电能传输系统自激跟踪功率放大器的工作原理图。

其中：

(1)：直流电源；(2)：限压保护；(3)：选频网络；(4)：抬压环节；(5)：反馈调节；(6)：放大环节；(7)：源线圈。

R₁：限流电阻  R₂：基极电阻  R₃与R₄：偏置电阻  R₅与R₇：反馈电阻  R₆：负载电阻C₁：粗调固定电容  C₂：微调可变电容  C₃：反馈电容  C₄：交流旁路电容MOS：mosfet场效晶体管  BG：反馈用晶体管  L_s：源线圈电感

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的无线电能传输系统自激跟踪功率放大器做出详细说明。