[发明专利]一种利用半谐振的E类拓扑提高感应电能传输效率的方法

说明书

本发明涉及一种利用半谐振的E类拓扑提高感应电能传输效率的方法，其特征在于包括以下步骤：对电路中的元件进行调谐，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，避免开关过程中电压、电流的重叠；对E类射频功率放大器拓扑结构进行修改，通过将功率放大器和阻抗匹配电路整合到一个驱动子系统中以减少级数，避免额外的阻抗匹配网络中元件的损耗，同时提高驱动和链接的效率。本发明在高频率、中距离、发射和接收线圈大小不一致、线圈不是准确对齐的情况下实现IPT系统的高效率，并且保证系统能有较小的体积和重量。

技术领域

本发明涉及一种感应电能传输技术，具体地说是一种利用半谐振的E类拓扑提高感应电能传输效率的方法。

背景技术

感应电能传输系统可以通过共振感应实现电能传播，低功率、近耦合的无线传输方法已经在某些商业产品上实现了，现在研究兴趣又出现在了中距离应用上。在很多工业和商业的应用中，IPT(Inductive Power Transfer，感应电能传输)系统必须能够在中距离应用时传输较高的功率并获得较高的效率。目前，几个研究团队已经研究了几种获得高的链接效率的方法。第一种是工作在比较低的频率(约几十khz),通过使用场成型技术增加系统的耦合因素k，可以轻松实现高效的驱动电路。但是场成型技术一般会占据较大的体积，需要大量的材料，制造成本昂贵，并且要求线圈精确地对齐。这些方案使场成型技术不适合于大多数应用。第二种方法是在线圈大小确定时，在最合适的频率下获得最大功率传输。但是由于晶体管上的损耗使驱动效率降低，因而减小了IPT系统的效率。

发明内容

针对现有技术中感应电能传输系统的传输效率低的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种利用半谐振的E类拓扑提高感应电能传输效率的方法，以达到实现IPT系统的高效率电能传输的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种利用半谐振的E类拓扑提高感应电能传输效率的方法，包括以下步骤：

对电路中的元件进行调谐，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，避免开关过程中电压、电流的重叠；

对E类射频功率放大器拓扑结构进行修改，通过将功率放大器和阻抗匹配电路整合到一个驱动子系统中以减少级数，避免额外的阻抗匹配网络中元件的损耗，同时提高驱动和链接的效率。

对电路中的元件进行调谐包括以下步骤：

对于一个不调谐的接收器，调节接收器的并联谐振电容使接收器达到谐振；经调谐后，如果接收器达到谐振后，用E类功率放大器的调谐方法达到软开关运行；

如果V_DS大于3.56V_DD，场效应管并联电容C_par以5pF的整倍增加；

否则，如果V_DS＜3.56V_DD，场效应管并联电容C_par以5pF的整倍减小来达到正确的V_DS，同时微调C_ser使驱动保持软开关运行。

还包括以下步骤：

将电路中的驱动和负载分开放置，在没有强制通风冷却的情况下独立散热，通过稳态散热温度测试推算功率，直流电源到负载的效率用如下公式计算:

其中，T_amb为初始温度，T_ssRX为接收线圈的散热稳态温度，R_thRX(T)为接收端负载的集总热阻，P_dc为输入的直流功率。

R_thRX(T)通过将已知的功率的直流电源加到RX负载直到温度达到稳态来标度。