[发明专利]一种用于磁耦合谐振式无线电能传输的E类功率放大器

说明书

本发明公开了一种用于磁耦合谐振式无线电能传输的E类功率放大器，它的组成包括：方波发生电路(1)，门级驱动电路(2)，功率管(3)，漏极直流输入(4)，LC谐振电路(5)，输出匹配电路(6)，输出负载(7)，其特征在于：方波发生电路(1)经过门级驱动电路(2),接于功率管(3)前端，漏极直流输入(4)接于功率管(3)后端，功率管(3)输出经过LC谐振电路(5)，输出匹配电路(6)，输出负载(7)。本发明相较于传统的E类功放，可在适合中距离无线能量传输的MHZ频段实现大功率条件下的功率输出；系统频率调节方便，通过调节驱动信号频率，可实现MHZ范围的E类功率放大器。

技术领域

本发明涉及的E类功率放大器主要应用于磁耦合谐振式无线电能传输的高频激励源等领域。

背景技术

磁耦合谐振式无线电能传输技术是无线电能传输三大技术之一，也是当前国内外学者的研究的热点之一。但是目前无线电能传输的功率还不大，而提高传输功率主要涉及以下三个问题：(1)大功率宽频带高频电源的设计(2)传输系统参数的阻抗匹配(3)电能传输稳定性问题，即谐振频率鲁棒性问题。

目前无线电能传输高频电源主要有两种实现方法，一种是利用电力电子器件通过全桥逆变或半桥逆变实现；一种是利用功放将信号功率进行放大实现。前者可实现较大功率，但是由于受电力电子器件开关频率的限制，电源频率一般不高，且不易调节频率。后者可以实现较大功率和频率，利用其前面信号发生电路实现调频也很方便，但是设备成本较高。

功率放大式高频电源由信号发生电路和功率放大电路组成，信号发生电路生成所需频率的信号，该信号经过功率放大器将信号发生电路输出的信号放大至所需功率。

其中，开关类功放的主要思路是开关在理想情况下不消耗任何功率，或者开关的电流为零，或者开关两端的电压为零，因而开关的V、I乘积总是为零，这意味着晶体管没有任何功耗损失，其效率理论上可以达到100％。实际过程中,由于开关晶体管的导通压降与寄生电阻等因素的影响，E类功率放大器的效率要低于100％。由于高频电源属于磁耦合谐振式传输系统的发射前端，而之前的E类功放并不为大功率能量传输设计，所以很有必要设计一种适用于大功率磁耦合谐振式无线电能传输的高效E类功率放大器。

发明内容

本发明设计的E类功放可实现MHZ级别的大功率能量输出，采用环形振荡器产生方波电路驱动谐振门级驱动电路，进而驱动主MOS管带动E类功率放大电路，经负载匹配电路，向负载进行大功率能量输出。

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于磁耦合谐振式无线电能传输的E类功率放大器。

实现本发明目的的技术解决方案为：

1)一种用于磁耦合谐振式无线电能传输的E类功率放大器，它的组成包括：方波发生电路1，门级驱动电路2，功率管3，漏极直流输入4，LC谐振电路5，输出匹配电路6，输出负载7，其中：方波发生电路1经过门级驱动电路2,接于功率管3前端，漏极直流输入4接于功率管3后端，功率管3输出经过LC谐振电路5，输出匹配电路6，输出负载7。

2)方波发生电路1由F1、F2、F3和R1、R2、C1组成，F1、F2、F3、R1、R2串联形成环路，C1并联在F2、R1两端。

3)门级驱动电路2由Q1、Q2、S1、S2、L1、C2、V1组成，Q1、Q2门级并联连接，Q1源极接电源V1，Q1漏极接S1与Q2漏极接S2后并联，再与L1串联接入功率管前端，Q2源极接地。

4)漏极直流输入4由C3、V2、RFL组成，电源V2负极串联C3接地，电源V2正极串联RFL扼流线圈接Q3漏极。

5)LC谐振电路5由L2、C4、C5组成，L2、C5串联接Q3漏极，C4并联在漏极和源极两端接地。

6)输出匹配电路6由C6、L3组成，L3串联于电路中，C6并联接地。