一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，包括電源保護(hù)電路、高頻振蕩單元、高速驅(qū)動(dòng)單元、高頻功率放大單元。其中，電源保護(hù)電路是給高頻電源系統(tǒng)供電和提供異常保護(hù)的電路，并輸出電源給另外3個(gè)單元供電；高頻振蕩單元采用高頻振蕩原理將直流電經(jīng)過(guò)振蕩產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)輸出到高速驅(qū)動(dòng)電路；高速驅(qū)動(dòng)電路將高頻信號(hào)整形后生成差分信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)采用獨(dú)立源極與漏極輸出的高端、低端驅(qū)動(dòng)輸出DH和DL信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)高頻功率放大單元；高頻功率放大單元是由一對(duì)增強(qiáng)型GaN功率FET，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下使其工作在開關(guān)狀態(tài)，將輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出，作為無(wú)線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
【專利說(shuō)明】—種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)線輸電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高頻電源設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線輸電這項(xiàng)前沿技術(shù)被認(rèn)為是今后電力科技的發(fā)展發(fā)向，將帶來(lái)人類生活和生產(chǎn)方式的重大變革，有著巨大的市場(chǎng)和發(fā)展前景。如家用電器、電動(dòng)汽車、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械、航空航天、油田礦井、水下作業(yè)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及RFID等方面。
[0003]目前，最具發(fā)展前景的無(wú)線輸電技術(shù)是基于磁耦合共振方式的技術(shù)，由于現(xiàn)在該技術(shù)的設(shè)計(jì)工作頻率多在IkHz到30MHz之間，而該技術(shù)中的高頻電源系統(tǒng)為設(shè)計(jì)關(guān)鍵組件之一?，F(xiàn)有技術(shù)多采用Colpitts電容三點(diǎn)式的振蕩器作為高頻電源，該方式的缺點(diǎn)是效率較低，從而影響了整個(gè)無(wú)線輸電系統(tǒng)的效率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種新型高效率的小體積高頻電源解決方案，能有效實(shí)現(xiàn)百瓦級(jí)的功率輸出，輸出功率可調(diào)。
[0005]本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，由電源保護(hù)電路、高頻振蕩單元、高速驅(qū)動(dòng)單元、高頻功率放大單元組成；所述的電源保護(hù)電路為各單元提供工作電壓，并在輸入過(guò)壓，高頻功率放大單元過(guò)流和過(guò)熱時(shí)提供保護(hù)，高頻振蕩單元產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)送往高速驅(qū)動(dòng)單元，高速驅(qū)動(dòng)單元將高頻信號(hào)整形后生成差分信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)采用獨(dú)立源極與漏極輸出的高端、低端驅(qū)動(dòng)輸出DH和DL信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)高頻功率放大單元；高頻功率放大單元將輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出，作為無(wú)線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
[0007]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備中，所述高頻功率放大單元是由增強(qiáng)型GaN功率FET組成的半橋D類功率放大器。
[0008]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備中，所述高速驅(qū)動(dòng)單元是由一個(gè)整形差分輸出電路和一個(gè)高端驅(qū)動(dòng)電路、一個(gè)低端驅(qū)動(dòng)電路組成。
[0009]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備中，所述高速驅(qū)動(dòng)單元高端驅(qū)動(dòng)和低端驅(qū)動(dòng)均采用獨(dú)立源極與漏極輸出。
[0010]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備中，所述高頻振蕩單元使用石英晶體組成的串聯(lián)振蕩器，并通過(guò)一個(gè)占空比調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)振蕩頻率的占空比。
[0011]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備中，所述高頻功率放大單元包括I對(duì)增強(qiáng)型GaN功率FET組成的半橋D類功率放大器，再通過(guò)由一個(gè)空心電感和兩個(gè)電容組成的輸出阻抗匹配電路后輸出高頻電源。
[0012]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0013]在整個(gè)無(wú)線輸電系統(tǒng)中，高頻電源作為其關(guān)鍵部件之一，高頻電源效率的高低直接影響整個(gè)無(wú)線輸電系統(tǒng)的效率，本實(shí)用新型高頻電源方案中的高速驅(qū)動(dòng)單元使用了獨(dú)立源極與漏極輸出，高頻功率放大單元由I對(duì)增強(qiáng)型GaN功率FET組成的半橋D類功率放大器，其中采用的增強(qiáng)型GaN功率管，與傳統(tǒng)的采用Mos功率管相比，具有更低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，可極大的提高高頻電源的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)發(fā)熱少，體積小。
[0014]由于增強(qiáng)型GaN功率管可以承受極快的開關(guān)速率，采用增強(qiáng)型GaN功率管的半橋D類功率放大器，可以達(dá)到適合無(wú)線輸電的工作頻率范圍要求，即達(dá)到IkHz到30MHz的工作頻率范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型設(shè)備的總體框圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型中電源保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本實(shí)用新型中高頻振蕩單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本實(shí)用新型中高速驅(qū)動(dòng)單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為本實(shí)用新型中高頻功率放大單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0021]本實(shí)用新型所提供的方法是采用直流電作為輸入，產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)輸出到高速驅(qū)動(dòng)單元，再由高速驅(qū)動(dòng)單元去驅(qū)動(dòng)由增強(qiáng)型GaN功率FET組成的D類功率放大器，經(jīng)輸出阻抗匹配后實(shí)現(xiàn)高頻電的輸出。改變高頻信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)高頻振蕩電源輸出功率的調(diào)節(jié)。
[0022]一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，由電源保護(hù)電路1、高頻振蕩單元2、高速驅(qū)動(dòng)單元3、高頻功率放大單元4組成,參照?qǐng)D1所示；所述的電源保護(hù)電路為各單元提供工作電壓，并在輸入過(guò)壓，高頻功率放大單元過(guò)流和過(guò)熱時(shí)提供保護(hù)，高頻振蕩單元產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)送往高速驅(qū)動(dòng)單元，高速驅(qū)動(dòng)單元將高頻信號(hào)整形后生成差分信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)采用獨(dú)立源極與漏極輸出的高端、低端驅(qū)動(dòng)輸出DH和DL信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)高頻功率放大單元；高頻功率放大單元將輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出，作為無(wú)線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
[0023]電源保護(hù)電路I將直流電經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后給高頻振蕩單元2、高速驅(qū)動(dòng)單元3供電。同時(shí)再根據(jù)直流輸入電壓和高頻功率放大單元4反饋的電流和溫度信息控制輸出到高頻功率放大單元4的電源，該控制功能可以通過(guò)控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0024]參照?qǐng)D2所示，所述的電源保護(hù)電路I是由穩(wěn)壓電路1-4，溫度電流檢測(cè)單元1-3，電壓檢測(cè)單元1-2，電源控制單元1-1組成，其中，電源控制單元1-1由控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，串接于電源中(其中電源I給高頻振蕩單元2、高速驅(qū)動(dòng)單元3供電，電源2給高頻功率放大單元4供電)，用以控制高頻功率放大單元4的電源的通斷，電壓檢測(cè)單元1-2用于檢測(cè)輸入直流電是否在正常的工作電壓范圍，溫度電流檢測(cè)單元1-3用于檢測(cè)高頻功率放大單元4的工作狀態(tài)是否正常，穩(wěn)壓電路1-4則為高頻振蕩單元2、高速驅(qū)動(dòng)單元3提供正常工作所需的電源。
[0025]參照?qǐng)D3所示，高頻振蕩單元2是由串聯(lián)晶體振蕩器2-1和占空比調(diào)節(jié)電路2-2組成，串聯(lián)晶體振蕩器2-1用于產(chǎn)生所需的高頻信號(hào)，占空比調(diào)節(jié)電路2-2則調(diào)節(jié)高頻信號(hào)的占空比從而改變高頻功率放大單元4的輸出功率。
[0026]參照?qǐng)D4所示，高速驅(qū)動(dòng)單元3是由緩沖器3-1和2個(gè)MOSFET高端驅(qū)動(dòng)3_2和低端驅(qū)動(dòng)3-3組成，緩沖器3-1用于對(duì)輸入的高頻信號(hào)進(jìn)行整形，放大，轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，分別連到高端驅(qū)動(dòng)3-2和低端驅(qū)動(dòng)3-3，高端驅(qū)動(dòng)3-2和低端驅(qū)動(dòng)3-3分別用獨(dú)立源極與漏極輸出再匯合成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0027]參照?qǐng)D5所示,高頻功率放大單元4是由一對(duì)上述增強(qiáng)型GaN功率FET組成，即增強(qiáng)型GaN功率FET4-1和增強(qiáng)型GaN功率FET4-2 (可以是多對(duì)并聯(lián)以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流)，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下使其工作在開關(guān)狀態(tài)，這樣功放管上的功耗可降為最低，從而大大的降低了高頻電源的發(fā)熱量，提高了高頻電源的工作效率。經(jīng)阻抗匹配電路4-3對(duì)輸出阻抗進(jìn)行匹配后再輸出高頻電源。同時(shí)再反饋溫度、電流信號(hào)給電源保護(hù)電路I進(jìn)行檢測(cè)。
[0028]以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置的高頻驅(qū)動(dòng)電源，進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上說(shuō)明是適用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想，同時(shí)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種Class D結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，由電源保護(hù)電路、高頻振蕩單元、高速驅(qū)動(dòng)單元、高頻功率放大單元組成；所述的電源保護(hù)電路為各單元提供工作電壓，并在輸入過(guò)壓，高頻功率放大單元過(guò)流和過(guò)熱時(shí)提供保護(hù)，高頻振蕩單元產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)送往高速驅(qū)動(dòng)單元，高速驅(qū)動(dòng)單元將高頻信號(hào)整形后生成差分信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)采用獨(dú)立源極與漏極輸出的高端、低端驅(qū)動(dòng)輸出DH和DL信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)高頻功率放大單元；高頻功率放大單元將輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出，作為無(wú)線輸電系統(tǒng)中的高頻電源。
2.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高頻功率放大單元是由2個(gè)增強(qiáng)型GaN功率FET組成的半橋D類功率放大器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高速驅(qū)動(dòng)單元是由一個(gè)整形差分輸出電路和一個(gè)高端驅(qū)動(dòng)、一個(gè)低端驅(qū)動(dòng)電路組成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高速驅(qū)動(dòng)單元高端驅(qū)動(dòng)和低端驅(qū)動(dòng)均采用獨(dú)立源極與漏極輸出驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高頻振蕩單元使用石英晶體組成的串聯(lián)振蕩器，并通過(guò)一個(gè)占空比調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)振蕩頻率的占空比。
6.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述電源保護(hù)電路設(shè)有過(guò)壓、限流和溫度保護(hù)功能。
7.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高頻功率放大單元包括I對(duì)增強(qiáng)型GaN功率FET組成的半橋D類功率放大器，再通過(guò)一個(gè)輸出阻抗匹配電路后輸出高頻電源。
8.如權(quán)利要求1所述的一種ClassD結(jié)構(gòu)的無(wú)線輸電裝置用高頻電源設(shè)備，其特征在于:所述高頻功率放大單元的工作頻率可以滿足無(wú)線輸電適用的工作頻率范圍，即lkHz-30MHz。
【文檔編號(hào)】H02M7/537GK204068750SQ201420378726
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】丁文萍 申請(qǐng)人:丁文萍