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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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。
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