[发明专利]用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法，属于电力电子技术的领域。在解决传统的有线电能传输方式因为导线的限制体现出的局限性的同时采用双E类逆变器结合新型的SiC器件实现了工作频率可以在1～7.8MHz的大功率逆变。利用DSP和CPLD组合的方式，设计了高频的脉冲和驱动控制器，实现了谐振频率的自动校准和跟踪，使无线电能传输在距离、效率、功率和控制等方面都具有很大的提高。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法。

背景技术

无线电能传输的结构主要由逆变环节，发射线圈，接收线圈，整流环节组成。根据无线能量传输的基本原理，现阶段大致可以将无线电能传输分为三种，即：电磁波辐射式，电场耦合式，磁耦合式。其中磁耦合式无线电能传输又分为电磁感应式和磁耦合谐振式。

传统的逆变方式有全桥逆变和半桥逆变方式等，这类逆变方式十分常见，技术也比较成熟。此外功率放大器也可以实现逆变功能，其中A类、B类、AB类、C类称为传统的功率放大器，D类、E类、F类称为开关功率放大器。通过逆变器将直流电转化为高频交流电，从而将原边的能量传输到副边，实现无线电能传输。

由于磁耦合共振无线电能传输的谐振频率基本都在兆赫兹以上，半桥逆变和全桥逆变需要同时产生多路PWM波形，且各路波形还必须保证频率和相位的准确性以及死区的控制，同时因为这类逆变环节需要开关器件比较多，出现故障的几率也大大增加。A类放大器具有极佳的线性特性，但是其理论效率只有50％，实际一般不大于25％。B类放大器在没有信号输入时，放大器基本不消耗功率，其效率可以达到78.5％，但是放大器的信号振幅有一点是在非线性区域上。C类放大器导通角通常较小，最大效率达到100％，但是此时的功率为零,因此没有实际的意义。D类功放存在一定的拖尾重叠，会导致效率下降，因此D类开关比较适合工作在频率低于MHz的场合，比如数字音响等。E类放大器可以调节开关频率实现软开关，输出的电压是正弦半波。总而言之，各类放大器均有各自的优劣势，无法满足电能要求全面的磁耦合谐振式无线电能传输系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于无线电能传输系统的高频双E类逆变器系统，设置于无线电能传输系统中，该系统包括电压源V_DC，所述电压源V_DC的正极分别与第一电感L₁和第二电感L₂的一端相连接，所述第一电感L₁的另一端分别与第一开关管V_s1的漏极、第一电容C₁的一端和谐振单元的一端相连接，所述第二电感L₂的另一端分别与第二开关管V_s2的漏极、第二电容C₂的一端和所述谐振单元的另一端相连接，所述第一开关管V_s1和所述第二开关管V_s2各自的源极、所述第一电容C₁和所述第二电容C₂各自的另一端均与所述电压源V_DC的负极相连接。

进一步地，所述的谐振单元包括彼此串联的谐振电感L_r和谐振电容C_r，负载电阻R连接于所述谐振电感L_r和谐振电容C_r之间，所述谐振单元通过所述谐振电感L_r和所述谐振电容C_r各自对应与所述第一开关管V_s1和所述第二开关管V_s2各自的漏极相连接。

进一步地，所述的第一开关管V_s1采用MOSFET开关管。