磁谐振式无线电能传输系统的高频功放设计与平台测试

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bchen2009
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随着科技和经济的进步与发展,有线电能传输已满足不了社会的需求。磁谐振式无线电能传输作为无线电能传输中新兴的一部分,当被MIT首次提出后,瞬间成为海内外热门研究课题,掀起了专家学者对其传输机理、电路拓扑、传输性能等方面的研究浪潮。高频电源作为磁谐振无线电能传输系统的功率输出源,对系统的传输性能有较大的影响,但现阶段专门针对此项问题的研究较少;同时,发射端与接收端的谐振补偿方式对不同系统的适用程度亦不相同。因此,设计合适的高频电源并选择适用于所需系统下的谐振补偿方式都是非常必要的。  本文在归纳磁谐振式无线电能传输国内外研究现状的基础上,通过学习功率放大电路与高频电路理论基础知识,提出了E类非线性功率放大器与A类B类级联二级线性功率放大器两款高频功放设计方案。依据高频功放设计指标,利用ADS与Multisim软件分别对两种类型的功放进行了整体电路的设计与仿真,随后完成了两款功放电路实物的制作,并与散热器、信号发生器、直流电源一起,构成了完整的磁谐振无线电能传输高频电源系统。  调试结果显示,在带宽范围内,二级线性功率放大器具有较好的输出能力,合理调节参数可使输出功率平均在22W,最大可至30W,功率增益维持在23-25dB间,功放的附加功率效率在68-70%间,即使在末端负载极端不匹配的情况下,也有55-60%的效率;而E类功率放大器,除了功放的输出波形在不同直流电压输入情况下均不会失真外,其输出功率与功率增益均没有二级线性功放高。因而,择优选出二级线性功放作为磁谐振式无线电能传输系统正式实验的高频电源模块部分,而E类功放则用于对磁谐振系统实验平台初期的小功率调试,确保系统调通、匹配情况良好且能够最大效率工作时再选用二级线性功放进行系统测试。  在搭建磁谐振式无线电能传输系统之前,首先对二线圈无线电能传输系统的四种谐振补偿方式在Matlab中进行仿真与设计,选取符合本课题需求的谐振补偿模式。随后将功放系统与自行绕制的线圈应用于磁谐振式无线电能传输实验平台中,测试结果表明,系统工作状态良好,高频功率放大器实现了对系统的电能供给,发射与接收系统也完成了对电能的无线传输。
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