本文優(yōu)化基于Class-E2無線電能傳輸(WPT)的平面電感；由于平面電感的連接方式不同，其電感的磁芯損耗和銅損也會(huì)不同，因此提出了平面電感四種優(yōu)化方法，并以利茲線電感作為對(duì)照組，分析得出最小損耗連接方法；在此基礎(chǔ)上，搭建基于推挽式Class-E逆變器和Class-E整流器的無線電能傳輸系統(tǒng)。

近年來，開關(guān)電源往高頻、高功率密度、高效率和小體積發(fā)展，而磁性元件占據(jù)了大部分空間。因此，增加開關(guān)頻率和減小功率變換器中磁性元件的體積成為研究熱點(diǎn)。與利茲線(Litz)電感相比，平面電感器具有體積小，制造價(jià)格低廉和散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。在文獻(xiàn)[1]中討論了修正的Dowell方法來改進(jìn)高頻繞組的損耗計(jì)算，減小誤差。文獻(xiàn)[2]分析了平面電感的漏感。文獻(xiàn)[3]采用平面電感和平面變壓器設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)了一種基于GaN的DC-DC變換器，不僅提高效率和功率，還降低成本；同時(shí)為了便于磁集成和減少匝數(shù)，將兩個(gè)電感共用一個(gè)磁芯。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)一個(gè)空心平面電感，用于13.56MHz的DC-DC變換器。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于電磁理論的二維解析計(jì)算模型，消除了忽略邊緣效應(yīng)而引起的誤差。在文獻(xiàn)[6,7]中，以最小諧振頻率對(duì)平面電感進(jìn)行優(yōu)化，并將其應(yīng)用于Buck變換的OLED驅(qū)動(dòng)電路中。文獻(xiàn)[8]提出了在無線電能傳輸系統(tǒng)中的互感模型，該模型以兩個(gè)平面電感作為發(fā)射器和接收器線圈來預(yù)測任意距離的互感系數(shù)(M)。文獻(xiàn)[8]討論了兩種不同的PCB電感繞組結(jié)構(gòu)的交流電阻。

提高開關(guān)頻率能夠減小變換器的體積，但相應(yīng)增加硬開關(guān)損耗，影響電源的傳輸效率。由于Class-E電路具有零電壓開關(guān)（ZVS）和零導(dǎo)數(shù)開關(guān)（ZDS），因此Class-E拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有低開關(guān)損耗，高效率的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在任意負(fù)載變化下，Class-E仍能保持ZVS。因此，提出了一種Class-E²的變換器。Class-E²的WPT系統(tǒng)由E類逆變器、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、諧振耦合線圈和E類整流器組成。文獻(xiàn)[9]通過在匹配網(wǎng)絡(luò)中增加了一個(gè)并聯(lián)電容來解決互感系數(shù)和負(fù)載變化魯棒性差的問題，從而提高了在6.78MHz的Class-E²變換器效率。文獻(xiàn)[10]給出了一種減少耦合線圈ESR的最佳設(shè)計(jì)方法，從而提高輸出功率和效率。文獻(xiàn)[11]分析了基于Class-E²的WPT穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，并與Class-DE變換器進(jìn)行了比較；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Class-DE變換器的開關(guān)損耗高于Class-E²。

 

 

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