模块化多电平换流器通常采用干式绕线型变压器实现每个开关管门极驱动电路和驱动电源之间的电气隔离。随着无线电能传输技术的发展,新型隔离供电方案不断提出,相对于依靠电磁场耦合实现无线电能传输的技术路线,超声波传能具有方向性强、可在各种介质中传播和抗电磁干扰能力强等优点。本文提出了一种基于超声波式无线电能传输技术的门极驱动供电系统,能够在保证隔离和绝缘强度的前提下为门极驱动电路提供所需电能。基于压电材料的正、逆压电效应,本文研究了考虑超声波传输过程中能量损耗的等效电路模型,建立由非压电元件和压电元件组成的郎之万型换能器的T形阻抗等效电路模型;通过COMSOL有限元仿真软件分析了耦合传输介质的厚度和截面直径对电压传输效果的影响,借助Multisim电路仿真软件分别研究了超声发射电源频率变化和接收侧负载变化对电压传输效果的影响;设计了发射侧和接收侧阻抗变换网络,发射侧和接收侧分别采用LC和CLC阻抗变换电路进行电学匹配补偿,结合接收换能器的最简等效模型,推导出接收侧CLC型阻抗变换电路的补偿电容和补偿电感的计算式,通过实验证明补偿有效。本文设计了由郎之万型换能器和耦合传输介质组成的超声波能量传输装置,经过仿真和实验,选择PZT-4和PZT-8分别作为发射换能器和接收换能器的压电材料,确定耦合传输介质为Φ75×15 mm的圆柱体亚克力板,借助阻抗分析仪测量所设计超声波能量传输装置的阻抗特征频率曲线,研究了负载变化对系统传输特性的影响,补偿后的负载在484Ω～600Ω范围内变化,系统输出电压从15.56 V变化到16.29 V,变化率仅为4.48%;搭建磁耦合谐振式无线电能传输实验平台,对比说明超声波隔离无线供电系统具有更强的抗电磁干扰能力,适合为工作在电磁环境复杂的门极驱动电路供电;在输入功率12 W时,所设计的超声波隔离无线供电系统最大输出功率为4.8 W,效率为40%,最后分别为MOS管和IGBT的门极驱动电路进行15V隔离供电,可以使上述两种开关管正常工作。