磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率研究

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无线电能传输技术是电气领域的一项前沿技术,它使我们的生活更加方便。磁耦合谐振式与电磁辐射式传输方式和电磁感应式传输方式相比,它有传输效率高、传输距离长、传输功率大等优势。目前在磁耦合谐振式无线电能传输(MCR WPT)的原理、传输特性、电路结构等方面有着深入的研究。MCR WPT中的功率放大电路对整个系统的效率起着至关重要的作用,经过对比各类放大电路的特点,新型E类功率放大电路具有损耗低、转换效率高、高频正弦波输出等优点,相比其它功率放大电路具有更好的可靠性和安全性。本文对新型E类功率放大电路进行了研究,为了提高新型E类功率放大电路的效率,在含有新型E类功率放大电路的MCR WPT中加入了前端和后端阻抗转换器,并对此进行了实验验证。在此基础上,本文通过仿真改进了一款具有更高效率的E类功率放大电路。本文的主要工作如下:(1)给出了新型E类功率放大电路中的各电路参数,并对含有新型E类功率放大电路的MCR WPT电路进行了建模,在此基础上对新型E类功率放大电路和含有阻抗转换器的新型E类功率放大电路的系统分别进行了仿真研究。得出系统在负载变化时,含有双端阻抗转换器的新型E类功率放大电路在满足ZVS和ZDS条件下,传输效率更高更稳定。(2)设计制作了PCB板,对其中电路产生自激振荡的问题,采用了在系统的开关管中加入散热片和在新型E类功率放大电路的MCR WPT中加入了偏置电路的方法来解决,同时偏置电路也可以消除电源滤波。通过实验测试,当给传输距离相同的不同负载供电时,其效率都可以达到70%以上,即含有阻抗转换器的MCR WPT新型E类功率放大电路系统性能良好,为无线电能传输的发展提供了参考意义。(3)通过仿真设计了一款E类功率放大电路,随后对其开关管的特性进行了分析,以确定静态工作点,并设计了稳定性电路和匹配电路,最后对整体电路进行了性能仿真,发现改进的E类功率放大电路在工作的频带范围内稳定因子k>1,说明系统是稳定的,并且传输效率高于85%。
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