用于非线性超声检测的高频高功率E类功率放大器研究

超声波与金属的微小缺陷相互作用可产生非线性效应,由于非线性效应信号弱,在微小缺陷检测时必须采用高频高功率的发射装置来增强非线性效应信号强度。为此研究了一款高频大功率的超声驱动放大电路,该放大电路选用开关速度快、耐高压的氮化镓晶体管设计高效率的零电压开关(ZVS)型E类功率放大器,设计开关管保护电路、输入输出匹配电路以及可独立控制导通和关断驱动强度的栅极驱动电路,确保了高频高压大功率信号的高效输出。经测试,该E类功放驱动电路在工作频率为5 MHz,供电电压100 V时瞬时输出功率为223.9 W,峰值电压为150 V,直流转换效率为76.7%,表明该驱动电路可以用做高频大功率超声发射驱动。

基于E类功率放大器的非接触感应耦合电能传输系统

为了提高非接触感应耦合电能传输系统的可靠性,提出了一种基于E类功率放大器的拓扑结构.将发射线圈和接收线圈的耦合电感进行等效变换,把发射线圈的漏感作为E类功率放大器谐振单元,把励磁电感作为折算后负载电阻的匹配电感.在电能非接触传输的同时实现了阻抗变换,把等效负载电阻限制在一定的范围内.提出的拓扑结构简单,无需额外的补偿网络.并且负载电阻变化时,均能满足E类功率放大器的零电压软开关条件.仿真和实验结果验证了新拓扑结构电路的可行性.

E类放大器方阵电路的PDM调制

本文介绍了Ｅ类放大器方阵电路ＰＤＭ调制的基本原理和调制特性。证明了该电路的ＰＤＭ调制具有效率高，调制特性好，失真小，谐波抑制能力强，电路设计简单等优点，是一种良好的调制方式。

高效E类功率放大电路的建模与优化

考虑到现有的E类功率放大电路的电路模型存在应用范围窄、准确性差等问题,在此通过分析该电路中的MOSFET和并联电容的特性,建立了电路参数之间的关系,从而推导出一套新的电路模型。随后,搭建一套实验平台。由于计算结果与实验结果基本一致,故验证了该模型的准确性。基于该模型,分析串联电容与效率、导通电压之间的关系,从而确定了最优的串联电容,其效率可达91.2%。

E 类放大器的符号分析

根据等效小参量法原理提出了Ｅ类放大器的一种符号分析方法，可得到包含高次谐波的输出电流（或电压）的符号表达式。容易分析Ｅ类放大器的参数灵敏度、谐波畸变及其它性能如集电极峰值电流、集射极峰值电压、输出功率能力等。这一表达式适用于任意电路参数及工作周期Ｄ，且考虑了开关导通电阻。实际验算表明，此方法解析性强，精度较高，对放大器的设计具有重要的指导性意义。

基于E类逆变电路的宽负载范围软开关无线充电补偿网络研究

ClassE电路具有结构简单、无直通问题、可靠性高等优点。但是由于传统Class E电路软开关范围窄,传输功率有限,不适合电池充电这种变负载场合。为了解决这些问题,文中提出3种带电容切换补偿网络的新型Class E电路,不仅提高了软开关范围和输出功率,而且只需要切换一次开关即可实现恒流和恒压输出,不需要改变频率或补偿方式。对3种补偿网络考虑软开关裕量进行精确建模,并在阻抗压缩、高次谐波抑制、器件参数、电容应力等方面进行比较和分析,得出S/CL网络具有较大优势。最后搭建实验平台,对S/CL和S/CLC两种网络进行比较,验证S/CL网络具有更好的恒流恒压特性。

基于时域分析的E类放大器参数设计方法

基于时域分析方法,针对不同工作模态列写状态方程求得状态变量的时域解,借助Matlab仿真软件进行数值分析,根据零电压开关条件以及电源和开关器件利用率等效率和经济指标,基于数值分析结果设计了一个最大输出功率为2 400 W的感应加热电源。实验结果证明了设计方法和得出的结论是正确的。

并联电路E类逆变器软开关特性研究

采用电荷充电原理和电容充能原理,推导出两个原理下不同的等效线性电容表达式;然后在3种不同频率下,分别对无寄生电容、两种不同的等效线性寄生电容这3个状态进行PSPICE仿真实验;最后通过搭建4MHz样机进行验证。结果表明在高频状态下考虑MOSFET漏极-源极寄生电容,能够有效改善E类逆变器软开关特性,且通过电荷充电原理推导出的等效线性电容更加合理准确。

E类功率放大器研究与应用

分析了E类功率放大器的工作原理,并基于此设计出一种高效高频E类功放,作为无线电能传输系统中发射级的前端驱动电路。运用LTspice仿真软件,对其基本原理电路进行实验分析。为进一步提升输出功率和传输效率,电路还加入了阻抗匹配。仿真结果表明,此电路可实现在6.78 MHz下以85%左右的高效率进行10~30W的功率传输,整体电路结构简单,有实用价值。

大功率水下无线供电装置设计

针对水下航行器等海洋机电设备传统供电方式存在的水下电缆供电活动范围受限、蓄电池供电工作时间受限等问题,设计基于双E类功放电路的水下大功率无线供电装置。该装置采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,同时,相关电路参数以Raab条件为基础进行设计,使双E类功放电路MOSFET开关管实现ZVS、ZDS软开关导通。通过Multisim电路仿真软件,建立该装置无线供电电路模型,可实现千瓦级的无线供电功率,无线电能传输效率达94.5%,距离为20 cm。仿真结果验证理论设计可行。

非辐射共振耦合式无线电能传输系统前端功率放大系统设计

功率放大器是无线电能传输不可或缺的一部分,其工作效率关系到整个无线电能传输系统的效率。本文设计了高效率E类功率放大器,以及相应的电源和信号发生电路,构造了完整的无线电能传输前端功率放大系统。设计过程中应用ADS软件对电路系统的性能进行了仿真分析,在此基础上制作了实验样机。实验表明,本文所设计的电路稳定、效率高,能够有效提高无线电能传输系统的整体传输效率。

基于自举共源共栅的CMOSE类功率放大器的设计

功率放大器影响着无线发射机的总功耗和效率。开关类的E类功率放大器能达到很高的效率,但是在功率管上的最大电压压降为2.6倍Vdd,易有击穿或损坏器件的寿命。将自举共源共栅结构用在E类功率放大器中可以使系统能承受更大的压降。用GF 130nm工艺制作的2.4GHz的E类功率放大器表明,这种结构能承受2.1V电源电压,输出18d Bm的功率,效率43.2%。电源电压比普通共源共栅结构有23%的提升。自举共源共栅结构实现开关类功率放大器的文献在IEEE检索中尚未出现。可以尝试进一步拓展到其他多种E/F族功率放大器中,或者运用在包络消除与恢复功率放大器等更复杂的结构里。