CN102891539A - 无线电能传输***自激跟踪功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种无线电能传输***自激跟踪功率放大器，属于无线电能传输与转换范畴，可以为数米范围内电能的高效传输与转换提供可靠的电源保障，具有广阔的市场前景。该装置是一种利用考毕兹电路自激振荡原理，配合选频网络及抬压环节将直流电能转换为高频交流电能并亏送给电磁耦合谐振源线圈，从而实现电能的高效无线传递。主要包括有：直流电源(1)，限压保护(2)，选频网络(3)，抬压环节(4)，反馈调节(5)，放大环节(6)，源线圈(7)。本发明可为数米范围内的无线电能传输提供电源保障，具有高效安全可靠、成本与维护费用低、操作简便与智能可控等优点。
Description
技术领域
无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科强交叉的新的研究领域，涵盖电磁场、电力电子技术、电力***、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。
本发明——无线电能传输***自激跟踪功率放大器，基于无线电能传输技术原理，遵从自激振荡放大以及优化设计的理念，设计出高效无线电能传输电源放大器，能够充分发挥电磁耦合谐振***的电气特性，可为向数米范围内的负载无线供电时提供可靠电源保障，可以广泛应用于公共用电场合或各种存在安全隐患的用电环境。
背景技术
无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在自激振荡放大以及优化设计的理念引导下，对电磁耦合谐振式无线电能传输***高频电源进行设计，实现高效可靠的自激跟踪功率放大器。
本发明所采用的技术方案是：无线电能传输***自激跟踪功率放大器，包括有直流电源(1)通过限压保护(2)后连接选频网络(3)，在经过抬压环节(4)、反馈调节(5)、放大环节(6)组成的网络后，能量持续振荡并被放大，最终加载到源线圈(7)上，完成高频大功率输出。
所述的抬压环节(4)通过具有一定横截面积的低损耗利兹线绕制而成，包括初级低压侧与次级高压侧两部分。初级低压侧采用匝数较少且横截面及较大的利兹线绕制，而次级高压侧采用匝数较多且横截面及较小的利兹线绕制，从而可以通过电磁感应的原理将低压大电流转功率转换为高压小电流功率。
所述的反馈调节(5)采用放大器电路实现，其中包含限流电阻，基极电阻，偏置电阻与反馈电阻，并通过电阻上分压比例调整反馈的程度。
所述的源线圈(7)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，自身具有一定电感量，负责加载高频电磁能量。源线圈(7)和抬压环节(4)的电感量串联后与选频网络(3)的电容并联共同决定了功率放大器的工作频率。
本发明的无线电能传输***自激跟踪功率放大器，通过直流电源(1)经限压保护(2)后加载至放大环节(6)上，在反馈调节(5)及等效电感与电容的作用下配合放大环节(6)中功率放大管的非线性稳幅特性实现高频电磁振荡，将直流电磁功率转换为高频电磁功率并加载至源线圈(7)上，从而为实现数米范围内高效可靠的无线电能传输提供稳定的电力供应。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是抬压环节(4)的结构图；
图3是反馈调节(5)的结构图；
图4是源线圈(7)的结构图；
图5是无线电能传输***自激跟踪功率放大器的工作原理图。
其中：
(1)：直流电源；(2)：限压保护；(3)：选频网络；(4)：抬压环节；(5)：反馈调节；(6)：放大环节；(7)：源线圈。
R1：限流电阻 R2：基极电阻 R3与R4：偏置电阻 R5与R7：反馈电阻 R6：负载电阻C1：粗调固定电容 C2：微调可变电容 C3：反馈电容 C4：交流旁路电容MOS：mosfet场效晶体管 BG：反馈用晶体管 Ls：源线圈电感
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的无线电能传输***自激跟踪功率放大器做出详细说明。
如图1所示，本发明的无线电能传输***自激跟踪功率放大器，包括有：直流电源(1)，限压保护(2)，选频网络(3)，抬压环节(4)，反馈调节(5)，放大环节(6)，源线圈(7)。
如图2所示，所述的抬压环节(4)通过具有一定横截面积的低损耗利兹线绕制而成，包括初级低压侧与次级高压侧两部分。在放大环节(6)正常工作并成功建立起高频振荡工作模式时，高频电磁功率将加载到抬压环节(4)的初级侧。根据电磁感应原理，初级低压侧的低压大电流转功率将转换为高压小电流功率并加载到次级高压侧。
如图3所示，所述的反馈调节(5)采用放大器电路实现，其中包含交流电压负反馈功能。交流电压负反馈支路由R5，C3组成，输出电压经过该支路反馈回输入端。由于放大器的输出端的信号与输入信号电压在相位上互为反相，所以反馈信号的引入削弱了原输入信号的作用，为电压负反馈。R5控制负反馈量的大小，C3起隔直流通交流的作用。当输入的交流信号幅值过大时，如果没有负反馈支路，放大器就会进入饱和或截止的状态，使输出信号出现削顶失真。因此负反馈的引入避免了失真的产生。
如图4所示，所述的源线圈(7)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，自身具有一定电感量。一方面，源线圈(7)和抬压环节(4)的电感量串联后与选频网络(3)的电容并联共同决定了功率放大器的工作频率。另一方面，当电磁功率加载到源线圈(7)上时，将在源线圈(7)的周围空间产生无功近场区域。此时，一旦有其他形式的谐振器靠近时，将发生大容量的电能传输。
如图5所示，所述的无线电能传输***自激跟踪功率放大器，通过直流电源(1)经限压保护(2)后加载至放大环节(6)上，在反馈调节(5)及等效电感与电容的作用下配合放大环节(6)中功率放大管的非线性稳幅特性实现高频电磁振荡，将直流电磁功率转换为高频电磁功率并加载至源线圈(7)上，从而为实现数米范围内高效可靠的无线电能传输提供稳定的电力供应。
Claims (2)
1.无线电能传输***自激跟踪功率放大器，其特征在于包括有直流电源(1)通过限压保护(2)后连接选频网络(3)，在经过抬压环节(4)、反馈调节(5)、放大环节(6)组成的网络后，能量持续振荡并被放大，最终加载到源线圈(7)上，完成高频大功率输出。
2.根据权利要求1所述的源线圈(7)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，自身具有一定电感量，负责加载高频电磁能量；源线圈(7)和抬压环节(4)的电感量串联后与选频网络(3)的电容并联共同决定了功率放大器的工作频率。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105247780A (zh) * | 2013-05-24 | 2016-01-13 | 凯孚尔有限公司 | 高频振荡器、高频焊接设备和利用该高频振荡器来调节频率的方法 |
| CN112072941A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-11 | 武汉大学 | 一种基于ipt并联多逆变器的相位同步检测方法和装置 |
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2012
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| US10239261B2 (en) | 2013-05-24 | 2019-03-26 | Kiefel Gmbh | High frequency oscillator, high frequency welding system and method for controlling the frequency using said type of high frequency oscillator |
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130123 |