[发明专利]一种非接触电能传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及感应耦合式非接触电能传输系统，特别是涉及一种基于E类功率放大器的感应耦合式的非接触电能传输系统。

背景技术

感应耦合式非接触电能传输系统，利用发射线圈通过松耦合向接收线圈传递能量，进一步传递至负载，实现非接触供电。并且，由于发射线圈和接收线圈之间的耦合系数一般较小，而为获得较大的传输功率和效率，电路在设计时发射侧和接收侧都要进行补偿，运行时采用频率跟踪方法使电能传输系统系统处于谐振。一般采用的补偿方式有串联-串联补偿、串联-并联补偿、并联-串联补偿、并联-并联补偿及其他复杂的高阶补偿方式。不同形式的补偿电路具有不同的特点，可以根据实际需要采用不同的补偿方式。然而补偿电路的存在使得电路传输系统的结构变得相对复杂，特别是，如果要求较好的系统特性时，则需要采用具有更多元件的高阶补偿电路，使得电路变得更加复杂，难以控制。

目前，基于E类功率放大器的电力电子变换电路工作在软开关条件下，降低了电能传输系统的损耗，具有效率高的特点。如图1所示，经典的E类电力电子变换电路的拓扑结构包括半导体开关S、直流电感L0、第一电容C1、第二电容C2和串联电感L_S；并且半导体开关S采用NMOS管。其中，直流电感L0的一端与输入电源相连，另一端分别与第一电容的C1一端、第二电容C2的一端和半导体开关S的漏极相连；半导体开关S的漏极分别与直流电感L0的一端、第一电容C1的一端和第二电容C2的一端相连接；源极分别与输入电源、第一电容C1的另一端和E类电力电子变换电路的外接负载电阻R_L相连；栅极与控制电源相连；第一电容C1的一端分别与直流电感L0的另一端、半导体开关S的漏极和第二电容C2的一端连接，另一端分别与输入电源、半导体开关S的源极和外接负载电阻L₀连接；第二电容C2的一端分别与直流电感L0的另一端、半导体开关S的漏极和第一电容C1的一端连接，另一端与串联电感L_S的一端相连；串联电感L_S的一端与第二电容C2的另一端连接，另一端与外接负载电阻R_L相串联。

但是，在对基于E类功率放大器的电力电子变换电路进行设计时，需要根据负载电阻的大小，设计相应的电路的谐振部分。当负载电阻发生变化时，电路的谐振部分(第二电容和串联电感)的谐振条件会发生变化，可能会导致半导体开关S工作在非软开关(即半导体开关S的漏极和源极的电压不为0)状态，从而降低E类电路电子变换电路的效率。因此，一般E类功率放大器的电力电子变换电路在工作时，必须限制负载电阻变化范围。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非接触电能传输系统，用于解决现有技术中如何在保证非接触电能传输系统的高效率的同时，避免负载对非接触电能传输系统的影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种非接触电能传输系统，包括：包括E类功率放大器的逆变单元，与所述非接触电能传输系统的输入端相连，用于将输入所述非接触电能传输系统的直流电能转换为交流电能；包括耦合电感的谐振单元，与所述逆变单元相连，用于通过谐振将所述逆变单元输出的交流电能转换为直流电能；其中，所述耦合电感包括发射线圈和与所述发射线圈相耦合的接收线圈；所述发射线圈将转换的直流电能通过耦合传输至所述接收线圈并予以输出。

于本发明的一实施例中，所述逆变单元还包括直流电感，所述直流电感连接在所述E类功率放大器和所述非接触电能传输系统的输入端之间。

于本发明的一实施例中,所述E类功率放大器为NMOS管；所述NMOS管的源极和漏极分别连接在所述非接触电能传输系统的输入端；且源极和漏极还与所述谐振单元相连。

于本发明的一实施例中,所述谐振单元还包括第一电容和第二电容；所述第一电容的一端分别与所述NMOS管的漏极和所述第二电容的一端相连；另一端分别与所述NMOS管的源极和所述发射线圈的另一端连接；所述第二电容的一端分别与所述NMOS管的漏极和所述第一电容的一端相连；另一端与所述发射线圈的一端相连；所述发射线圈连接在所述第一电容和所述第二电容之间。

如上所述，本发明的一种非接触电能传输系统使用包括E类功率放大器的电路电子变换电路，开关元件少，电路结构简单；并且，除了基本的谐振电感(发射线圈L1)和电容(第一电容C1和第二电容C2)外，不再需要其他的补偿元件；并且，本发明的非接触电能传输系统的E类功率放大器的软开关条件不受外接负载电阻的影响，在保证了系统可靠性的前提下实现了电能的高效率传输。