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电场耦合式无线电能传输系统的功率源设计

2020-05-07余江华孙岩洲韦延方

电源学报 2020年2期
关键词:效率系统设计

余江华,孙岩洲,韦延方

(河南理工大学电气工程与自动化学院,焦作454000)

无线电能传输 WPT(wireless power transfer)技术是指不通过直接的电气连接,将电能从电源侧传输到负载侧的电能传输方式,使用电设备摆脱了传统电缆输电的束缚,实现了电能的便捷利用[1-3]。自19世纪末特斯拉首次提出无线电能传输技术以来,该项技术的发展已有一百多年的历史。近年来,随着电力电子技术快速发展和WPT技术商品化的市场需求,WPT技术已成为电气工程领域研究的热门课题之一[4-5]。

基于电场耦合电能传输ECPT(electrical-field coupled power transfer)技术作为WPT技术之一,其以高频电场作为载能介质,实现电能的无线传输[6],具有电磁干扰性小、耦合机构灵活性高等特点,目前该技术已在植入式医疗器械、电动汽车和旋转电机等近距离电能传输场合得到应用[7-9]。ECPT系统中,为了在耦合机构中建立起高频电场,并提高系统的传输效率和功率密度,需要给系统提供高频电能。目前,ECPT系统中的高频变换模块多采用桥式逆变拓扑或线性功率放大器,存在逆变拓扑体积过大、电路设计复杂和逆变损耗高等问题,进而影响整个ECPT系统的工作性能[10]。文献[11]提出的非线性E类功率放大器可通过对其负载网络的特殊设计,使晶体管工作在软开关状态,电压电流不重叠,在理想情况下电能转化效率可达100%,且具有电路结构简单、所需元器件少、输出频率高等特点。然而,常见的E类功放多工作于通信吉赫兹频段且输出功率较小,无法满足ECPT系统对频率和功率的要求。……

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