[发明专利]一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统

权利要求书

1.一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于包括双E类功放模块(I)、传输线圈模块(II)、原边阻抗变换网络(N1)、副边阻抗变换网络(N2)及负载(R_L)；其中双E类功放模块(I)由直流电压源(V_CC)、第一扼流电感(L1)、第二扼流电感(L2)、第一驱动信号(Vg1)、第二驱动信号(Vg2)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一反向续流二极管(VD1)、第二反向续流二极管(VD2)、第一并联旁路电容(C1)、第二并联旁路电容(C2)、滤波电感(L3)、滤波电容(C3)组成，双E类功放模块的输出端(11’)产生高频正弦交流电，作为谐振式无线电能传输系统的高频功率源；传输线圈模块(II)包括发射线圈(TX)和接收线圈(RX)，其中发射线圈(TX)等效为由发射线圈内阻(R_L4)、发射线圈电感(L4)和发射线圈谐振电容(C4)形成的RLC串联谐振模式，接收线圈(RX)等效为由接收线圈内阻(R_L5)、接收线圈电感(L5)和接收线圈谐振电容(C5)形成的RLC串联谐振模式；原边阻抗变换网络(N1)的输入端与双E类功放模块的输出端相连，输出端与传输线圈模块(II)中的发射线圈(TX)相连；副边阻抗变换网络(N2)的输入端与传输线圈模块(II)中的接收线圈(RX)相连，输出端与负载(R_L)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，所述双E类功放模块(I)工作在最佳状态时，即满足零电压开通(ZVS)和零电压导数开通(ZDS)条件，此时双E类功放的等效输出电阻(R)就是其对应的最佳输出电阻；双E类功放模块内部的第一开关管(S1)由高频驱动信号(Vg1)来驱动；第二开关管(S2)由高频驱动信号(Vg2)来驱动，第一开关管和第二开光管各自驱动信号的作用下互补导通，交替关断；高频驱动信号的频率即系统频率f的范围为0.5MHz-50MHz之间，开关管的占空比D＝0.5。

3.根据权利要求2所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，双E类功放模块中的滤波支路由滤波电感(L3)、滤波电容(C3)、等效输出电阻(R)串联组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于发射线圈内阻(R_L4)和接收线圈内阻(R_L5)均包括欧姆内阻和辐射内阻；发射线圈(TX)和接收线圈(RX)满足关系：ω为系统角频率，满足ω＝2πf，L₄为发射线圈电感，C₄为发射线圈谐振电容，L₅为接收线圈电感，C₅为接收线圈谐振电容，即发射线圈(TX)和接收线圈(RX)在系统频率下发生串联谐振，另外发射线圈(TX)和接收线圈(RX)之间的互感大小为M，互感随着发射线圈(TX)和接收线圈(RX)之间的相对位置即传输线圈位置的变化而变化。

5.根据权利要求1所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，负载为纯阻性质、阻感性质或者阻容性质。

6.根据权利要求1所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，原边阻抗变换网络(N1)和副边阻抗变换网络(N2)中均由储能元件组成，不消耗电能，储能元件包括电容和电感，原边阻抗变换网络(N1)和副边阻抗变换网络(N2)的电路形式为L型、T型或∏型，其中，L型阻抗变换网络可以分为两种，即正L型和倒L型，正L型具有放大等效电阻的作用，倒L型具有减小等效电阻的作用。

7.根据权利要求1所述的一种基于双E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，双E类功放模块外部的传输效率η在线圈位置确定的情况下存在一个最优负载R_L.Optimal，使得传输效率最高，这个最优负载电阻满足R_L4为发射线圈内阻，R_L5接收线圈内阻，ω为系统角频率，M为互感。