磁耦合谐振式无线电能传输系统高效E类功放设计和实现

发布时间：2017-04-28 01:05

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输系统高效E类功放设计和实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技和经济的发展,实现无线电能传输逐渐成为人们追寻的一个目标。磁耦合谐振式(共振耦合式)无线电能传输(无接触电能传输)技术被提出后,迅速成为国内外研究热点,在磁耦合谐振式无线传能的原理、电路结构、传能能力、传输特性等方面有着较为深入的研究。而对系统效率和性能有较大影响的前端高频功率放大器,研究则较少。已有的研究大都采用传统的功率放大器充当电源,这类放大器效率较低且工作频段针对性不强。因此十分有必要设计一款针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的高效高频电源。 论文在分析国内外磁耦合谐振式无线电能传输研究现状的基本上,通过比较各种不同类型功率放大器,提出了采用E类功率放大器实现磁耦合谐振式无线电能传输系统高效高频电源的方案。论文对设计E类功率放大器相关的电路理论进行了介绍,提出了功率放大器电路设计的指标,完成了E类功率放大器基础电路的设计和仿真,包括开关晶体管的选取和特性仿真、稳定性电路和基本电路参数设计、阻抗匹配电路和电源滤波电路设计。并通过ADS仿真软件对电路的整体性能进行了仿真。为了确保E类功率放大器实物性能,对E类功率放大器PCB电路板进行了合理设计,并利用矩量法MOM提取S参数,完成了版图联合仿真,仿真达到设计指标要求。 在此基础上,论文设计了E类功率放大器的相应信号发生电路和直流电源电路,使之构成了一个完整的磁耦合谐振式E类功率放大器系统。 为了验证提出设计方案的正确性和可行性,论文制作了一款E类功率放大器系统实验样机,并设计了E类功率放大器的散热器和屏蔽盒。实验测试结果显示在宽带范围7.5MHz-9.5MHz内,输出的附加功率效率高于80%,最大可达90%以上；输出功率在20W以上,增益维持在19-20dB。同时为了研究该功率放大器的适用性,进行了多组负载阻抗不匹配时的测试,测试显示即使在极端不匹配的情况下,也有60%以上的效率。可见该磁耦合谐振式E类功率放大器系统性能良好。最后将该功放系统应用于无线电能传输系统中,系统工作状态良好。
【关键词】：磁耦合谐振式无线电能传输 共振耦合式无接触电能传输 高效高频电源 E类功率放大器 ADS
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.3 目前的研究现状11-18
• 1.3.1 无线电能的分类11-12
• 1.3.2 磁耦合谐振式无线电能传输的研究现状12-17
• 1.3.3 磁耦合谐振式无线电能的待研究问题17-18
• 1.4 本文的主要内容和章节安排18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 功率放大器基本理论介绍20-29
• 2.1 功率放大器的性能指标20-21
• 2.2 功率放大器匹配网络设计21-25
• 2.2.1 匹配网络21-24
• 2.2.2 Smith圆图24-25
• 2.3 功率放大器散射参数的提取25-28
• 2.3.1 散射S参数25-27
• 2.3.2 MOM法提取S参数简介27-28
• 2.4 功率放大器的设计方法28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 功率放大器的分类29-45
• 3.1 传统类功率放大器29-33
• 3.1.1 A类功率放大器29
• 3.1.2 B类功率放大器29-30
• 3.1.3 AB类功率放大器30-31
• 3.1.4 C类功率放大器31-33
• 3.2 开关类功率放大器33-43
• 3.2.1 D类功率放大器33-35
• 3.2.2 E类功率放大器35-39
• 3.2.3 F类功率放大器39-43
• 3.3 其他类功率放大器43-44
• 3.4 各类功率放大器对比44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 磁耦合谐振式E类功放设计和仿真45-63
• 4.1 磁耦合谐振式E类功率放大器的设计指标45
• 4.2 射频ADS仿真软件介绍45
• 4.3 磁耦合谐振式E类功放电路设计与仿真45-57
• 4.3.1 开关晶体管的选取46-47
• 4.3.2 开关晶体管特性分析47-48
• 4.3.3 稳定性分析与设计48-50
• 4.3.4 基本电路参数的设计50
• 4.3.5 匹配电路设计50-54
• 4.3.6 电源滤波电路设计54
• 4.3.7 整体电路的仿真54-57
• 4.4 磁耦合谐振式E类功放的PCB设计和仿真57-59
• 4.4.1 PCB版图的设计58-59
• 4.4.2 MOM矩量法仿真59
• 4.5 磁耦合谐振式E类功放的版图联合仿真59-61
• 4.6 磁耦合谐振式E类功放的信号发生电路设计61
• 4.7 磁耦合谐振式E类功放的电源电路设计61-62
• 4.8 本章小结62-63
• 第五章 磁耦合谐振式E类功放系统的实现63-72
• 5.1 功率放大器的装配63-65
• 5.1.1 电感线圈的绕制63
• 5.1.2 E类功放的散热63-64
• 5.1.3 屏蔽盒设计64
• 5.1.4 整体装配64-65
• 5.2 功放放大器的测试65-71
• 5.2.1 信号源和电源电路的测试66
• 5.2.2 E类功率放大器的测试66-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 磁耦合谐振式E类功率放大器设计总结72
• 6.2 设计心得体会72-73
• 6.3 本文的改进和后期展望73-74
• 致谢74-75
• 作者攻读研究生期间发表的论文75-76
• 参考文献76-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张建华;黄学良;邹玉炜;柏杨;;利用超声波方式实现无线电能传输的可行性的研究[J];电工电能新技术;2011年02期

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3 陈勇;马洪;黎英云;;矩量法在射频功率放大器仿真设计中的应用[J];现代电子技术;2006年17期

4 张献;杨庆新;陈海燕;李阳;张欣;金亮;;电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究[J];中国电机工程学报;2012年09期

5 赵争鸣;张艺明;陈凯楠;;磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J];中国电机工程学报;2013年03期

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本文编号：331802