基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

梁 瑜

(中车工业研究院有限公司，北京100070)

E类放大器以其结构简单、传输效率高等优点，作为高频逆变电源在无线充电领域得到了一定的应用[1-3]，但E类放大器的零电压开关(zero voltage switch，ZVS)条件是在负载阻抗为最佳阻抗的条件下得到的。在电子产品、电动汽车等目前通用的用电设备中，一般采用锂离子电池组作为储能单元，锂离子电池组由于其固有的材料特性，一般采用先恒流再恒压的充电模式，这就使得在充电过程中，负载的等效阻抗变化剧烈[4-5]。同时，受驱动器和停止位置的限制，无线电能传输(wireless power transmission，WPT)系统的线圈之间不可避免地会产生位置偏移，这也将导致耦合系数和等效负载在较的大范围内发生波动。所有这些工况都会导致E类放大器处于硬开关状态，从而导致开关器件应力不足、系统效率下降，甚至烧毁开关器件[6]。目前，为了适应电动设备的无线充电过程，许多学者采取了很多方法来改善E类放大器的工作条件，提高E类放大器的效率。文献[7]提出了一种改进电路，有效降低了E类放大器开关管的电压应力，但是对E类放大器的效率与负载网络紧耦合的关系没有任何改善，文献[8]提出了一种新型的改进电路，通过增加一个附加电路同时采用动态跟踪负载变化的锁相控制方法，使得E类放大器工作在最佳效率，但是所提出的方法不能实现大功率的电能输出，文献[9]提出了一种应用于无线电能传输系统的双E类放大器，虽然提升了传输功率，但是依然没有解决E类放大器效率受无线电能传输宽负载范围影响的问题。……