[发明专利]一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输技术的应用领域，特别涉及一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路。

背景技术

无线电能传输技术早在100多年前就由美国发明家特斯拉（Nicola Tesla）在实验上得到尝试。2006年，麻省理工学院（MIT）的研究人员利用物理的共振技术成功的在2m距离左右以40%的效率点亮了一个60W的灯泡，该实验不仅仅是特斯拉实验的重现，更是无线电能传输技术的又一个新突破，并且掀起了无线电能传输研究的热潮。

无线电能传输技术是一种广泛应用前景的电能传输方式，具有安全、可靠、灵活、方便等优点，已经日益受到世界各国的重视，并越来越广泛应用于各种不适合或不方便使用有导线接触传输电能的地方，如植入式医疗设备、移动电子产品、机器人、轨道电车供电等场合，并有望在不久的将来能够在小功率电子产品无线充电方面取代传统的插头充电。

作为无线电能传输的发射电路，特别是作为高频的谐振式无线电能传输的发射电路，国内外已经有了比较深入的研究。作为传统的线性功率放大电路，如A类、B类、C类功率放大电路，其技术已经相当成熟，但这些功率放大电路普遍存在效率不高的问题。开关型的D类、E类、DE类功率放大电路克服了传统型功率放大电路的缺点，使开关管工作在开关状态，提高了功率放大电路的转换效率。谐振变换器作为无线电能传输的发射装置也早已有研究，但是由于功率器件的技术限制了输出功率和工作频率无法做得很高。并且，开关器件的增多也增加了系统的复杂性和成本。

目前作为无线电能传输发射电路的类型还是比较少，而且很多功率放大电路也不适合作为无线电能传输的发射电路，因此有必要提出一种新的谐振式无线电能传输发射电路拓扑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路。

本发明通过如下技术方案实现：

一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路，包括第一开关管、第二开关管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和负载网络；输入直流源的正极与第一开关管的漏极、第二开关管的漏极、第一电容的一端、第二电容的一端连接；第一开关管的源极与第一电容的另一端、第一电感的一端、负载网络的一端连接；第二开关管的源极与第二电容的另一端、第二电感的一端、负载网络的另一端连接；第一电感的另一端与第二电感的另一端、输入直流源的负极连接。

所述的一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路，其特征在于第一电容和第二电容的作用在于实现第一开关管和第二开关管的软开关。

所述的一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路，其特征在于第三电感和第三电容和负载组成负载网络。第三电感与第三电容实现LC谐振。

与现有技术相比，本发明具有如下优点： 

1、采用开关型的变换电路结构，根据电压、电流不同时出现的原理设计，DC-AC转换效率高，理论效率达到100%。

2、所设计的电路具有参数对称的结构，因此，设计简单。

附图说明

图1为本发明的谐振式无线电能传输系统高频变换电路。

图2为本发明实施方案中在不同阶段（t₀-t₁）的工作示意图。

图3a~图3b为实施方案中不同工作阶段对应的工作模态示意图。

具体实施方案

以下结合附图对发明的具体实施作进一步描述，但本发明的实施和保护不限于此。

实施例

如图1，一种谐振式无线电能传输系统的高频变换电路，包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一电感L₁、第二电感L₂、第一电容C₁，第二电容C₂和负载网络；所述负载网络由第三电感L和第三电容C和负载R组成。

第一电容C₁和第二电容C₂的作用在于实现第一开关管S₁和第二开关管S₂的软开关。

图2给出了本发明的工作原理，图3给出了本发明的工作模态。电路稳态工作时，本发明的工作过程如下：