磁共振无线电能传输系统中E类功率放大器的研究与设计

发布时间：2017-08-15 12:29

  本文关键词：磁共振无线电能传输系统中E类功率放大器的研究与设计

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【摘要】：近年来无线电能传输技术获得了国内外学者和工业界人士的广泛关注。基于磁共振的无线电能传输因其具有较远的传输距离,被普遍认为是解决各类消费电子设备中无线充电问题的有效方案。本文针对磁共振无线电能传输系统设计了一款高效率开关型E类功率功率放大器,并应用于具有磁共振无线电能传输的音响系统。该设计不但提高无线电能传输系统效率,而且实现了信号和能量在系统中协同传输的功能。首先,本文结合高频功率放大器的设计理论以及磁共振无线电能传输的特点对E类功率放大器电路进行了理论分析,利用ADS软件对具有并联电路的E类功率放大器进行了电路设计和仿真。然后,本文通过对E类功率放大器的PCB电路进行合理的布局,利用分立元件完成了中心频率为10MHz的E类功率放大器制作。根据测试结果,当输入功率为25dBm时,E类功率放大器的最大功率附加效率为88.9%,输出功率为45.2dBm,增益为20.2dB,达到了设计指标。最后,本文设计一个具有磁共振无线电能传输的音响系统。该系统包括压控振荡器、驱动放大电路、E类功率放大器、谐振收发线圈、整流滤波电路、稳压电源等相关电路模块。根据实际测量结果,系统最大有效传输距离为60cm。当系统传输距离在25cm-35cm之间时,系统喇叭声音质量良好,负载能够最大接收14.9W的功率,系统整体效率约为49.6%。该实验验证E类功率放大器在磁共振无线电能传输系统中的可行性,显著改善了无线电能传输系统的传输效率。
【关键词】：磁共振 无线电能传输 E类功率放大器 效率 能量与信号 协同传输
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.2 目前国内外研究现状9-14
• 1.3 本论文的主要工作及结构安排14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 高频功率放大器设计的基本知识16-31
• 2.1 功率放大器的分类16-23
• 2.1.1 A类功率放大器16-17
• 2.1.2 B类和AB类功率放大器17-18
• 2.1.3 C类功率放大器18-20
• 2.1.4 D类功率放大器20-21
• 2.1.5 E类功率放大器21-22
• 2.1.6 F类功率放大器22-23
• 2.2 功率放大器的主要性能指标23-24
• 2.3 匹配电路设计24-27
• 2.3.1 匹配的基本原理25
• 2.3.2 匹配电路的拓扑结构25-27
• 2.4 S参数与放大器的设计27-29
• 2.4.1 S参量的定义27-28
• 2.4.2 S参数与功率放大器的增益28-29
• 2.4.3 S参数与放大器的稳定性29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 E类功率放大器的原理与仿真31-50
• 3.1 E类功率放大器理论分析31-36
• 3.1.1 具有并联电容的E类功率放大器31-34
• 3.1.2 具有并联电路的E类功率放大器34-36
• 3.2 E类功率放大器仿真设计36-48
• 3.2.1 功率放大器的设计指标36-37
• 3.2.2 功率管的选择37-38
• 3.2.3 静态工作点的选择38-39
• 3.2.4 稳定性分析39-40
• 3.2.5 匹配电路设计40-44
• 3.2.6 整体电路仿真44-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 E类功率放大器制作及在WPT系统中的应用50-63
• 4.1 E类功率放大器的制作50-51
• 4.1.1 PCB电路板的设计50-51
• 4.1.2 功率放大器的装配51
• 4.2 驱动放大器的设计与制作51-53
• 4.2.1 驱动放大器的设计51-52
• 4.2.2 驱动放大器的制作与测试52-53
• 4.3 衰减器的制作与测试53-55
• 4.4 E类功率放大器的测试55-58
• 4.4.1 测试仪器55-56
• 4.4.2 测试结果56-58
• 4.5 E类功率放大器在磁共振WPT系统中的应用58-62
• 4.5.1 磁共振无线电能传输音响系统设计方案58-60
• 4.5.2 磁共振无线电能传输音响系统的制作与测试60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文68-69
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利69-70
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目70-71
• 附录4 攻读硕士学位期间参加的电子设计竞赛71-72
• 致谢72

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