[发明专利]一种基于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E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于包括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E类功放模块(I)由直流电压源(V_CC)、扼流电感(L1)、驱动信号(Vg)、开关管(S)、反向续流二极管(VD)、并联旁路电容(C1)、滤波电感(L2)、滤波电容(C2)组成，直流电压源(V_CC)的正极、扼流电感(L1)、滤波电感(L2)、滤波电容(C2)依次连接，直流电压源(V_CC)的负极通过驱动信号(Vg)与开关管(S)的基极连接，反向续流二极管(VD)与开关管(S)并联后一端连接于扼流电感(L1)、滤波电感(L2)之间，另一端与直流电压源(V_CC)的负极连接，并联旁路电容(C1)也与开关管(S)并联；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_L3)、发射线圈电感(L3)和发射线圈谐振电容(C3)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_L4)、接收线圈电感(L4)和接收线圈谐振电容(C4)形成的RLC串联谐振模式；原边阻抗变换网络(N1)的输入端与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；发射线圈内阻(R_L3)和接收线圈内阻(R_L4)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，L₃为发射线圈电感，C₃为发射线圈谐振电容，L₄为接收线圈电感，C₄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f下发生串联谐振；发射线圈(TX)和接收线圈(RX)之间的互感大小为M，互感会随着发射线圈(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；E类功放模块外部的传输效率η在传输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，这个最优负载满足R_L3为发射线圈内阻，R_L4为接收线圈内阻。

2.根据权利要求1所述的一种基于E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，所述E类功放模块(I)工作在最佳状态时，即零电压开通和零电压导数开通，此时E类功放模块的等效输出电阻(R)就是其对应的最佳输出电阻；E类功放模块内部的开关管(S)由驱动信号(Vg)来驱动；驱动信号的频率即系统频率f的范围在0.5MHz-50MHz之间，开关管的占空比D＝0.5。

3.根据权利要求2所述的基于E类功放的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，E类功放模块中的滤波支路由滤波电感(L2)、滤波电容(C2)、等效输出电阻(R)串联组成；滤波支路的品质因数Q在5-20范围内。

4.根据权利要求1所述的一种基于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。

5.根据权利要求1所述的一种基于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型阻抗变换网络包括两种，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。