基于E类放大器的经皮能量传输系统的元件损耗分析

经皮能量传输系统(TETS)要求很高的能量传输效率,以减少因元件发热而烧热人体组织的可能性和提高系统的便携性。本研究提出一种基于E类放大器的TETS各个元件传导损耗的分析方法。根据理想E类放大器的参数设计方程,各个元件的参数和损耗表示为E类放大器驱动占空比的函数关系式。通过损耗分析得出各个元件的损耗与输入电压的平方成反比,与输出功率成正比,随着占空比的增加而减小。当占空比小于0.5时,通过增大占空比可以明显提高效率,而当占空比大于0.8时,增大占空比几乎不能再提高系统效率,因此,基于E类放大器TETS的占空比设置在0.5至0.8之间较为合适。理论分析的结果通过占空比分别为0.25、0.5和0.75的实验得以验证。实验表明,当占空比大于0.3时,理论效率值与实验值的误差很小。

一种闭环E类放大器的分析与设计方法

开环E类放大器的设计一般通过理论计算得出电路中各元件的参数,然后固化成硬件电路,一旦电路负载发生变化,E类放大器不再继续工作于最优状态且输出功率不稳定。本文提出了一种基于负载变化的闭环E类放大器的设计方法,当电路负载变化时,不需改变原硬件电路,通过调整电路中晶体管开关激励电压的占空比和频率,使E类放大器继续工作于最优状态,通过调节输入电压使输出功率保持不变。本文最后以输出功率1W、初始负载电阻50Ω为例进行了设计和仿真,仿真结果与理论一致。