專利名稱：無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器技術(shù)領(lǐng)域[0001]無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場(chǎng)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。[0002]本發(fā)明——無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，基于無線電能傳輸技術(shù)原理，遵從自激振蕩放大以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念，設(shè)計(jì)出高效無線電能傳輸電源放大器，能夠充分發(fā)揮電磁耦合諧振系統(tǒng)的電氣特性，可為向數(shù)米范圍內(nèi)的負(fù)載無線供電時(shí)提供可靠電源保障，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場(chǎng)合或各種存在安全隱患的用電環(huán)境。
背景技術(shù)：
[0003]無線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種:第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場(chǎng)區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研究。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在自激振蕩放大以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念引導(dǎo)下，對(duì)電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)高頻電源進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效可靠的自激跟蹤功率放大器。[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，包括有直流電源(I)通過限壓保護(hù)(2)后連接選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，在經(jīng)過抬壓環(huán)節(jié)(4)、反饋調(diào)節(jié)(5)、放大環(huán)節(jié)(6)組成的網(wǎng)絡(luò)后，能量持續(xù)振蕩并被放大，最終加載到源線圈(7)上，完成高頻大功率輸出。[0006]所述的抬壓環(huán)節(jié)(4)通過具有一定橫截面積的低損耗利茲線繞制而成，包括初級(jí)低壓側(cè)與次級(jí)高壓側(cè)兩部分。初級(jí)低壓側(cè)采用匝數(shù)較少且橫截面及較大的利茲線繞制，而次級(jí)高壓側(cè)采用匝數(shù)較多且橫截面及較小的利茲線繞制，從而可以通過電磁感應(yīng)的原理將低壓大電流轉(zhuǎn)功率轉(zhuǎn)換為高壓小電流功率。[0007]所述的反饋調(diào)節(jié)(5)采用放大器電路實(shí)現(xiàn)，其中包含限流電阻，基極電阻，偏置電阻與反饋電阻，并通過電阻上分壓比例調(diào)整反饋的程度。[0008]所述的源線圈(7)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表面經(jīng)過鍍銀防銹處理后實(shí)現(xiàn)，自身具有一定電感量，負(fù)責(zé)加載高頻電磁能量。源線圈(7)和抬壓環(huán)節(jié)(4)的電感量串聯(lián)后與選頻網(wǎng)絡(luò)(3)的電容并聯(lián)共同決定了功率放大器的工作頻率。[0009]本發(fā)明的無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，通過直流電源⑴經(jīng)限壓保護(hù)(2)后加載至放大環(huán)節(jié)(6)上，在反饋調(diào)節(jié)(5)及等效電感與電容的作用下配合放大環(huán)節(jié)(6)中功率放大管的非線性穩(wěn)幅特性實(shí)現(xiàn)高頻電磁振蕩，將直流電磁功率轉(zhuǎn)換為高頻電磁功率并加載至源線圈(7)上，從而為實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)高效可靠的無線電能傳輸提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。


[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；[0011]圖2是抬壓環(huán)節(jié)(4)的結(jié)構(gòu)圖；[0012]圖3是反饋調(diào)節(jié)(5)的結(jié)構(gòu)圖；[0013]圖4是源線圈(7)的結(jié)構(gòu)圖；[0014]圖5是無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器的工作原理圖。[0015]其中:[0016](I):直流電源；(2):限壓保護(hù)；(3):選頻網(wǎng)絡(luò)；(4):抬壓環(huán)節(jié)；(5):反饋調(diào)節(jié);(6):放大環(huán)節(jié)；(7):源線圈。[0017]R1:限流電阻R2:基極電阻R3與R4:偏置電阻R5與R7:反饋電阻R6:負(fù)載電阻[0018]C1:粗調(diào)固定電容C2:微調(diào)可變電容C3:反饋電容C4:交流旁路電容[0019]MOS:mosfet場(chǎng)效晶體管BG:反饋用晶體管Ls:源線圈電感具體實(shí)施方式
[0020]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器做出詳細(xì)說明。[0021]如圖1所示，本發(fā)明的無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，包括有:直流電源(I)，限壓保護(hù)(2)，選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，抬壓環(huán)節(jié)(4)，反饋調(diào)節(jié)(5)，放大環(huán)節(jié)(6)，源線圈(7)。[0022]如圖2所示，所述的抬壓環(huán)節(jié)(4)通過具有一定橫截面積的低損耗利茲線繞制而成，包括初級(jí)低壓側(cè)與次級(jí)高壓側(cè)兩部分。在放大環(huán)節(jié)出)正常工作并成功建立起高頻振蕩工作模式時(shí)，高頻電磁功率將加載到抬壓環(huán)節(jié)(4)的初級(jí)側(cè)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，初級(jí)低壓側(cè)的低壓大電流轉(zhuǎn)功率將轉(zhuǎn)換為高壓小電流功率并加載到次級(jí)高壓側(cè)。[0023]如圖3所示，所述的反饋調(diào)節(jié)(5)采用放大器電路實(shí)現(xiàn)，其中包含交流電壓負(fù)反饋功能。交流電壓負(fù)反饋支路由R5, C3組成，輸出電壓經(jīng)過該支路反饋回輸入端。由于放大器的輸出端的信號(hào)與輸入信號(hào)電壓在相位上互為反相，所以反饋信號(hào)的引入削弱了原輸入信號(hào)的作用，為電壓負(fù)反饋。R5控制負(fù)反饋量的大小，C3起隔直流通交流的作用。當(dāng)輸入的交流信號(hào)幅值過大時(shí)，如果沒有負(fù)反饋支路，放大器就會(huì)進(jìn)入飽和或截止的狀態(tài)，使輸出信號(hào)出現(xiàn)削頂失真。因此負(fù)反饋的引入避免了失真的產(chǎn)生。[0024]如圖4所示，所述的源線圈(7)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表面經(jīng)過鍍銀防銹處理后實(shí)現(xiàn)，自身具有一定電感量。一方面，源線圈(7)和抬壓環(huán)節(jié)(4)的電感量串聯(lián)后與選頻網(wǎng)絡(luò)(3)的電容并聯(lián)共同決定了功率放大器的工作頻率。另一方面，當(dāng)電磁功率加載到源線圈(7)上時(shí)，將在源線圈(7)的周圍空間產(chǎn)生無功近場(chǎng)區(qū)域。此時(shí)，一旦有其他形式的諧振器靠近時(shí)，將發(fā)生大容量的電能傳輸。[0025] 如圖5所示，所述的無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，通過直流電源(I)經(jīng)限壓保護(hù)(2)后加載至放大環(huán)節(jié)(6)上，在反饋調(diào)節(jié)(5)及等效電感與電容的作用下配合放大環(huán)節(jié)(6)中功率放大管的非線性穩(wěn)幅特性實(shí)現(xiàn)高頻電磁振蕩，將直流電磁功率轉(zhuǎn)換為高頻電磁功率并加載至源線圈(7)上，從而為實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)高效可靠的無線電能傳輸提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。
權(quán)利要求1.無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，其特征在于包括有直流電源(I)通過限壓保護(hù)(2)后連接選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，在經(jīng)過抬壓環(huán)節(jié)(4)、反饋調(diào)節(jié)(5)、放大環(huán)節(jié)(6)組成的網(wǎng)絡(luò)后，能量持續(xù)振蕩并被放大，最終加載到源線圈(7)上，完成高頻大功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，其特征還在于，所述的源線圈(7)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表面經(jīng)過鍍銀防銹處理后實(shí)現(xiàn)，自身具有一定電感量，負(fù)責(zé)加載高頻電磁能量；源線圈(7)和抬壓環(huán)節(jié)(4)的電感量串聯(lián)后與選頻網(wǎng)絡(luò)(3)的電容并聯(lián)共同決定了功率放大器的工作頻率。
專利摘要本實(shí)用新型是一種無線電能傳輸系統(tǒng)自激跟蹤功率放大器，屬于無線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，可以為數(shù)米范圍內(nèi)電能的高效傳輸與轉(zhuǎn)換提供可靠的電源保障，具有廣闊的市場(chǎng)前景。該裝置是一種利用考畢茲電路自激振蕩原理，配合選頻網(wǎng)絡(luò)及抬壓環(huán)節(jié)將直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能并虧送給電磁耦合諧振源線圈，從而實(shí)現(xiàn)電能的高效無線傳遞。主要包括有直流電源(1)，限壓保護(hù)(2)，選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，抬壓環(huán)節(jié)(4)，反饋調(diào)節(jié)(5)，放大環(huán)節(jié)(6)，源線圈(7)。本實(shí)用新型可為數(shù)米范圍內(nèi)的無線電能傳輸提供電源保障，具有高效安全可靠、成本與維護(hù)費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便與智能可控等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03F1/34GK202978446SQ201220538368
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者張獻(xiàn), 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)