[发明专利]一种中距离无线输电系统及其高频电源

说明书

本发明公开了一种中距离无线输电系统及其高频电源，包括第一PWM信号发生模块、驱动模块、直流电源模块、功率放大模块、无线输电模块、阻抗测量模块、第二PWM信号发生模块、阻抗匹配模块。其中直流电源模块实现将工频电源转化为电压可控的电压源；功率模块采用E类拓扑结构，放大第一PWM信号；阻抗匹配模块由整流电路和DC/DC电路复合而成，通过调节占空比来实现功率放大模块输出端等效阻抗与设计之初阻抗值相等，实现电源最大效率输出；阻抗测量模块用以测量功率放大模块输出端的等效电阻。本发明能保证应用于中距离无线输电系统中的高频电源具有较高功率输出效率以及较强的功率输出能力，同时也可以用于其他中小功率应用场景，实用性强。

技术领域

本发明属于无线电能传输系统领域，更具体地，涉及一种中距离无线输电系统及其高频电源。

背景技术

随着科技的发展，电子设备出现在我们生活的方方面面，使我们的生活变的更加方便快捷，但也受到过多的电源供给线、数据线等的困扰，这迫使我们寻求一种新的能量传输方式。无线电能传输技术作为一种新的能量传输形式将用来解决这个问题，逐渐受到人类的重视，它具有广阔的应用场景和非常重要的开发价值。

目前，磁耦合谐振式无线电能传输系统具有较好的应用场景，由于其传输距离远、传输效率高相对于其他形式的无线电能传输技术。而该系统一般工作在兆赫兹级别，现有的功率电源一般多为几百到几十千赫兹。而兆赫兹级别的功率电源设计复杂，价格昂贵，功率等级多为毫瓦级别，且随着负载变化时电源效率会大幅度降低，无法满足无线输电领域大部分的应用场景。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种中距离无线输电系统及其高频电源，旨在解决现有技术电源效率较低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种中距离无线输电系统的高频电源，包括第一PWM信号发生模块、驱动模块、直流电源模块、功率放大模块、无线输电模块、阻抗测量模块、第二PWM信号发生模块、阻抗匹配模块；

第一PWM信号发生模块用于产生第一PWM信号控制驱动模块；驱动模块的输入端与第一PWM信号发生模块连接，输出端与功率放大模块连接，用于电源驱动；直流电源模块用于将工频电源转化为电压可控的电压源输入到功率放大模块；功率放大模块一端与驱动模块连接，一端与电源模块连接，用于放大第一PWM信号；无线输电模块的原边与功率放大模块连接，副边与阻抗匹配模块连接，用于产生高频谐振电流；阻抗测量模块用以测量功率放大模块输出端的等效电阻；第二PWM信号发生模块用于产生第二PWM信号控制阻抗匹配模块；阻抗匹配模块用于匹配所述功率放大模块输出端等效阻抗与预设阻抗相等。

进一步地，本发明提供的高频电源的功率放大模块采用的是E类功率放大拓扑，供电设备的多样性，对电源的设计提出挑战，常规的依据输送功率设计不在合适，对E类功率放大器拓扑做细致分析很有必要。根据实际情况，对于大多数应用场合，往往负载为纯阻性的，且工作频率固定。

进一步地，功率放大器包括一个开关管，一般采用SiC器件，并且对于旁路电容应该减去开关管自身携带的漏源电容，这对于电源效率的提升也是必要的。

进一步地，无线输电模块的原边和副边处于电路谐振，且谐振频率与电源的工作频率一致，负载映射到功率放大模块的等效阻抗与原副边互感和阻抗匹配模块有关。

进一步地，阻抗测量模块通过测量功率放大模块的输出电压电流从而得到实际阻抗，通过调节阻抗匹配模块使得实际阻抗与功率放大模块设计时使用的阻抗相同，从而得到最大的电源输出效率。

进一步地，阻抗匹配模块包括整流电路和DC/DC电路，通过改变DC/DC电路的占空比，实现等效负载与电源匹配，实现电源输出。DC/DC电路为升压电路、降压电路或者升降压电路。在实际应用中可以根据负载的大小进行选择。