[发明专利]一种基于E类功放的谐振式无线电能传输系统

摘要

本发明提供了一种基于E类功放的谐振式无线电能传输系统，系统包括E类功放模块、原边阻抗变换网络、副边阻抗变换网络、传输线圈模块、负载。其中E类功放模块可以产生高频正弦波，并为整个系统提供电能。原边阻抗变换网络分别与E类功放模块和发射线圈相连，可以保证传输线圈位置发生变化的情况下保证E类功放工作在最佳状态；副边阻抗变换网络分别与接收线圈和负载相连，可以实现E类功放模块外部传输效率最高。本发明通过在谐振式无线电能传输系统的原边和副边分别添加适当的阻抗变换网络，可以实现在线圈位置发生变化的情况下E类功放仍处于最佳工作状态，同时系统获得最高传输效率，从而使得基于E类功放的谐振式无线电能传输系统性能最佳。

主权项

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。