采用單管E類功率放大器（E類功放）的無線電能傳輸（WPT）系統(tǒng)中,發(fā)射端E類功放存在對負載變化敏感而引起輸出電壓不穩(wěn)定的問題,在此設(shè)計了一種寬負載恒壓的小功率WPT系統(tǒng)。首先介紹了系統(tǒng)的工作原理,然后采用電路理論分析了匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性,并設(shè)計了發(fā)射端匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。同時,利用電路仿真軟件Saber驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。最后,搭建一臺12 W的實驗樣機,進行了距離5 cm的負載實驗。實驗結(jié)果表明,所設(shè)計的系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)（ZVS）,而且接收端具有寬負載恒壓特性。 

【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１系統(tǒng)電路原理圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??

功放，在發(fā)射端匹??配網(wǎng)絡(luò)增加Ｔ型匹配網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)電路原理見圖１。??圖１系統(tǒng)電路原理圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??寬負載恒壓的小功率ＷＰＴ系統(tǒng)電路包括開??關(guān)管Ｖ、扼流電感心、電容Ｃｆ；第１級串聯(lián)諧振網(wǎng)??絡(luò)／＜８，（：８；第２級并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)ＬＰ，ＣＰ；第３級串聯(lián)??諧振網(wǎng)絡(luò)Ｌａ，Ｃａ；發(fā)射端Ｔ型匹配網(wǎng)絡(luò)及發(fā)射電感??Ｌ，；接收端串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)整流電路ＶＤ＾ＶＤｊ??以及負載札。在此所述電路有４個工作模態(tài)，關(guān)鍵??波形如圖２所示。依次為開關(guān)管驅(qū)動信號開關(guān)??管漏源極電壓＆、諧振電流Ｌ開關(guān)管關(guān)斷時并接??電容Ｇ上的電流ｋ、開關(guān)管導通電流ｉｖ。??Ｉ／／Ｖ．／７Ａ??Ｍｇｓ??：，?：｜￣￣??０??Ａｌ??／［＼Ｎ?ｉ／［＼！?＂ｎｓ??０??＇?＾／ｒ?Ｉ?�。。�?Ｉ?！?一＇！?！?＂ｎｓ??ｉ?ｘｉ?ｉ?＼Ｘ?ｉ?Ｘｉ?＼ｙ??０??ｉｃｔ??ｉ＇－＾—ｉ?ｒ＊??＾?／／ｎｓ??乂?ｒ??０??ｒｒ＾ｒ：??｜?／／ｎｓ??＜〇￣ｆｉ?ｈ￣?Ｊ／ｎｓ??圖２系統(tǒng)關(guān)鍵波形??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｋｅｙ?ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??電路具體工作模態(tài)：??模態(tài)丨Ｖ處于關(guān)斷狀態(tài)。為了實現(xiàn)Ｖ??的軟開關(guān)，必須使其關(guān)斷時提前下降到零，即??在ｔ。時刻Ｕ（ｆｅ，ｉｖ＝ｏ，ｖ實現(xiàn)零電壓關(guān)斷。??模態(tài)＼仍處于關(guān)斷狀態(tài)。在？達到??最大時，ｋ正好由于放電過零，即在Ｖ到達轉(zhuǎn)換??狀態(tài)前Ａ從零開始增加，并且在Ｖ導通前，ｉｖ＜０，??＆下降到零。此時接收端匹配網(wǎng)絡(luò)處于諧振狀??態(tài)，續(xù)流二極管ＶＤ，，ＶＤ４

寬負我恒壓的小功率無線電能傳輸系統(tǒng)研究??Ｍｕ＝??（７）??Ｚ，?（Ｚ／ｊａ／／ＺＩ＋ＺＱ，）［Ｚ？＋（Ｚ＾／／Ｚ１＋ＺＱａ）?／／Ｚｐ］??（ｊ？Ｃｐ）］；Ｚ．＝ｊ＜？Ｉ，＋?ｌ／（ｊＭＣ．）?〇??（８）??（ｂ＞筇效電路圖??圖３系統(tǒng)等效電路圖??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｉ??系統(tǒng)發(fā)射端匹配網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗為：??Ｚ，＝Ｚ．＋ＺＰ／／?［ｚ＾＋Ｚｏ．／／?［ｙｏＬ，＋＾－＋Ｚ＾?）??ＲｅｔＺｊＪ＋ＩｍｔＺｉＪ??式中：〇＜為系統(tǒng)發(fā)射端電路固有諧振角頻率＃＝ｉ／ＶＺ＾Ｔ。??Ａ實部越大，發(fā)射端匹配網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)（？??將越小，較小的（？值雖然能減小系統(tǒng)發(fā)射端的諧??振損耗，但增加了諧波量，使得系統(tǒng)損耗增加。因??此，（＞?值要選取適當，在此選取（＞＝１０。??為簡化分析，將系統(tǒng)發(fā)射／接收端串聯(lián)諧振網(wǎng)??絡(luò)視為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，利用ＫＶＬ定律，可得到??二端口網(wǎng)絡(luò)電路的特性方程為：??（９）??式中：Ｕ．，為二端口輸入電壓源；２，＇為二端口網(wǎng)絡(luò)輸入端的??阻抗丨／（恥〇。??根據(jù)式（９）可得二端口系統(tǒng)的傳輸效率為：??（ｗＭＹＲ？??Ｚ；?ｊ（〇Ｍ??ｊ（〇Ｍ?ＺＴ??０??Ｖ??？?ＰＭ?．??￣Ｐ￣＇??（１０）??２．２．２?系統(tǒng)電路參數(shù)設(shè)計??為避免系統(tǒng)的控制過于復雜，若要使接收端??得到恒定電壓輸出，需使功放輸入諧振網(wǎng)絡(luò)（匕和??Ｃｆ）的諧振頻率為開關(guān)頻率的１．５倍，串并聯(lián)匹配??網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率與開關(guān)頻率相等，發(fā)射端Ｔ型匹??配網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率需稍微錯開。此時，額定負載／？??可由功放的輸入電壓和輸出功率計算得到：??Ｒ＝

【參考文獻】：
期刊論文
[1]遠距離小功率無線電能傳輸系統(tǒng)性能優(yōu)化研究[J]. 李振杰,逯仁貴,朱春波,宋凱,魏國.  電工技術(shù)學報. 2015(S1)
[2]E類逆變器在無線電能傳輸系統(tǒng)中的設(shè)計與應用[J]. 黃曉生,陳為.  福州大學學報(自然科學版). 2015(03)



本文編號：3214936