[发明专利]谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源

摘要

本发明提供谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源。该高频功率源由开关管、缓冲电容、发射线圈、调谐电容和储能滤波电感组成，可以输出高频正弦交流电，并实现开关管的软开关，提高了高频功率源的效率。由于本发明的高频功率源结构简单，使用的元器件较少，成本低，而且损耗接近于零，非常适合用作无线电能传输装置的发射线圈的交流激励源。

主权项

谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源，其特征在于包含MOSFET开关管(S1)、缓冲电容(C1)、发射线圈(Ls)、第一调谐电容(C2)、储能滤波电感(L1)、接收线圈(LD)和第二调谐电容(C3)；MOSFET开关管(S1)的漏极与缓冲电容(C1)的一端连接，然后再与发射线圈(Ls)的一端连接；MOSFET开关管(S1)的源极与缓冲电容(C1)的另一端连接，然后再与第一调谐电容(C2)的一端连接；第一调谐电容(C2)的另一端与发射线圈(Ls)的另一端连接；MOSFET开关管(S1)的漏极与储能滤波电感(L1)的一端连接；储能滤波电感(L1)的另一端与直流电压源(Vs)的正极连接；MOSFET开关管(S1)的源极与直流电压源(Vs)的负极连接；接收线圈(LD)的一端与第二调谐电容(C3)的一端连接，接收线圈(LD)的另一端与负载(RL)的一端连接，第二调谐电容(C3)的另一端与负载(RL)的另一端连接；高频功率源输出的能量通过发射线圈(Ls)和接收线圈(LD)的谐振耦合传递给负载(RL)；MOSFET开关管(S1)导通时，发射线圈(Ls)与第一调谐电容(C2)谐振；MOSFET开关管(S1)断开瞬间，缓冲电容(C1)缓冲MOSFET开关管(S1)的电压上升，使MOSFET开关管(S1)实现近似零电压关断；在MOSFET开关管(S1)关断期间，发射线圈(Ls)、第一调谐电容(C2)与缓冲电容(C1)发生谐振，抽走缓冲电容(C1)的电荷，使缓冲电容(C1)在MOSFET开关管(S1)开通前下降到零，从而使MOSFET开关管(S1)实现零电压开通；发射线圈(Ls)和第一调谐电容(C2)谐振时的频率f1，发射线圈(Ls)、第一调谐电容(C2)与缓冲电容(C1)谐振时的频率f2，接收线圈(LD)和第二调谐电容(C3)谐振时的频率f3，MOSFET开关管(S1)的开关频率fS满足以下关系：f1<f3＝fS<f2；缓冲电容(C1)在MOSFET开关管(S1)开通前下降到零，缓冲电容(C1)的电容值由下式计算：其中R是发射线圈(Ls)和第一调谐电容(C2)的等效串联电阻与接收线圈的电阻RD耦合至发射线圈的等效电阻RDS之和，而RD是接收线圈(LD)和第二调谐电容(C3)的等效串联电阻与负载RL之和。