CN110971012A - 一种e类无线电能传输装置及启动控制方法 - Google Patents

一种e类无线电能传输装置及启动控制方法 Download PDF

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CN110971012A
CN110971012A CN201911215181.9A CN201911215181A CN110971012A CN 110971012 A CN110971012 A CN 110971012A CN 201911215181 A CN201911215181 A CN 201911215181A CN 110971012 A CN110971012 A CN 110971012A
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李志忠
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童怀
李优新
曾研
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

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Abstract

本申请公开了一种E类无线电能传输装置及启动控制方法，装置包括：直流电源模块用于发射端E类功放高频发生模块供能；发射端启动及控制电路单元用于控制发射端E类功放高频发生模块；发射端E类功放高频发生模块用于将直流电逆变为交流正弦半波，并输送给发射端SPSS匹配网络；发射端SPSS匹配网络用于将交流正弦半波变换为高频交流正弦波，并传输至接收端串联谐振网络；接收端串联谐振网络用于接收高频交流正弦波，并传输至接收端整流模块；接收端整流模块用于将高频交流正弦波变换为直流电输出至负载。本申请解决了现有技术中负载敏感的问题，使得装置能够在负载变化时仍可以稳定工作，提高了装置的性能。

Description

一种E类无线电能传输装置及启动控制方法
技术领域
本申请属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种E类无线电能传输装置及启动控制方法。
背景技术
近年来，小功率无线电能传输技术产业蓬勃发展，与其相关的商业链产品逐步形成，包括人们熟知的电动牙刷、耳机、MP3(Media Player 3)、智能手表、手机等低功耗常用手持电子设备。这些小功率设备的充电装置一般选用单管功率放大器等作为高频逆变电路，其中，E类功率放大器是应用比较成熟的单管功率放大电路拓扑。
E类功率放大器简称E类功放，是一种在理想情况下功率可达100％的高效功率放大器，即在工作时能将直流电源的输入功率全部转换为输出功率。但在工作中，晶体管的性能、匹配网络的参数设计都会影响到其工作效率，而导致其效率不能达到100％。因此E类功率放大器是为了弥补在高频时晶体管Q的寄生电容在开关状态下由饱和到截止的延时，致使晶体管损耗的增加而被设计出来的。并且，由于晶体管工作在开关状态，其漏极上接的扼流电感电压可由下式得出：
Figure RE-GDA0002381537620000011
由于电感电流不能瞬变，装置在启动的瞬间会对晶体管的漏极产生一个很大的电压尖峰。当装置所选用的晶体管的耐电压值低于该尖峰电压时，晶体管容易被损坏。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种E类无线电能传输装置及启动控制方法，通过设置启动及控制电路单元调节发射端E类功放高频发生模块的工作状态，达到装置软启动的目的，使得开关管漏源级端电压变化范围减小，避免了所选用的晶体管的耐电压值低于启动尖峰电压时，晶体管容易被损坏的技术问题；发射端采用的SPSS匹配网络结构能在较大程度实现接收端电压恒定，很好的解决了现有技术中负载敏感的问题，使得装置能够在负载变化时仍可以稳定工作，提高了装置的性能，并且发射端电感和电容为串联关系，增加了电感设计的裕度。
本申请第一方面提供了一种E类无线电能传输装置，包括：依次连接的直流电源模块、发射端E类功放高频发生模块、发射端启动及控制电路单元、发射端SPSS匹配网络、接收端串联谐振网络、接收端整流模块；
所述直流电源模块用于发射端E类功放高频发生模块供能；
所述发射端启动及控制电路单元用于控制发射端E类功放高频发生模块；
所述发射端E类功放高频发生模块用于将直流电逆变为交流正弦半波，并输送给发射端SPSS匹配网络；
所述发射端SPSS匹配网络用于将交流正弦半波变换为高频交流正弦波，并传输至接收端串联谐振网络；
所述接收端串联谐振网络用于接收高频交流正弦波，并传输至接收端整流模块；
所述接收端整流模块用于将高频交流正弦波变换为直流电输出至负载。
可选地，所述发射端E类功放高频发生模块包括输入谐振电路和开关管；所述输入谐振电路包括扼流电感和输入谐振电容；所述扼流电感与开关管串联；所述输入谐振电容和开关管并联。
可选地，所述发射端SPSS匹配网络包括第一级串联谐振电路；所述第一级串联谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，所述第一谐振电感和所述第一谐振电容串联。
可选地，所述发射端SPSS匹配网络包括第二级并联谐振电路；所述第二级并联谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，所述第二谐振电感和所述第二谐振电容并联。
可选地，所述发射端SPSS匹配网络包括第三级串联谐振电路；所述第三级串联谐振电路包括第三谐振电感和第三谐振电容，所述第三谐振电感和所述第三谐振电容串联。
可选地，所述发射端SPSS匹配网络包括第四级串联谐振电路；所述第四级串联谐振电路包括第四谐振电感和第四谐振电容，所述第四谐振电感和所述第四谐振电容串联。
可选地，所述发射端启动及控制电路单元包括电压采样单元，所述电压采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感并联；所述电压采样后的值与设定参考值分别输入到第一级比较器的反相端和同相端；所述第一级比较器的输出和固定振荡三角波分别输入到第二级比较器的反相端和同相端；所述第二级比较器的输出值输入到占空比调节单元；所述电压采样、第一级比较器、第二级比较器、占空比调节单元依次相连。
可选地，所述发射端启动及控制电路单元包括电流采样，所述电流采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感串联；所述电流采样的输出端连接电流判定后输入到占空比调节单元，所述电流采样、电流判定、占空比调节单元依次连接。
可选地，所述发射端启动及控制电路单元的占空比调节单元的输入为第二级比较器的输出和电流判定的输出；所述占空比控制单元的输出传输到宽负载E类功放高频发生模块的开关管；所述占空比控制单元与宽负载E类功放高频发生模块的开关管串连。
本申请第二方面提供了一种E类无线电能传输装置启动控制方法，该方法基于第一方面的一种E类无线电能传输装置实施，方法包括：
在发射端处于初始状态时，电压电流采样检测扼流电感的端电压和电流的当前数值，采样电压值依次经过第一级比较器和第二级比较器输出电压信号，采样电流经过电流输出电流信号，电压信号和电流信号经过占空比控制单元判断功率放大装置是否处于起始工作状态；
当所述占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置为起始工作状态时，启动控制单元产生低于设计占空比D的驱动信号驱使开关管工作，并一直保持产生当前占空比；
当所述占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置不为起始工作状态，并且扼流电感的电流和端电压稳定时，启动控制单元产生与设计占空比D相等的驱动信号驱使开关管工作。
综上所述，本申请提供了一种E类无线电能传输装置及启动控制方法，本申请实施例的发射端采用SPSS匹配网络，并且发在射端增加了启动及控制电路单元。在整个装置中，发射端启动及控制电路单元和SPSS匹配网络起到承上启下的作用。通过设置启动及控制电路单元调节发射端E类功放高频发生模块的工作状态，达到装置软启动的目的，并且控制发射端E类功放高频发生模块将直流输入电压转换为高频交流半波输出，使得开关管漏源级端电压变化范围减小，避免了所选用的晶体管的耐电压值低于启动尖峰电压时，晶体管容易被损坏的技术问题；发射端SPSS匹配网络将高频交流半波变换为高频正弦波加载到发射线圈，经发射线圈将电能发射出去，发射端采用的SPSS 匹配网络结构能在较大程度实现接收端电压恒定，很好的解决了现有技术中负载敏感的问题，使得装置能够在负载变化时仍可以稳定工作，提高了装置的性能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置的电路图；
图2为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置的等效电路图；
图3为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置启动控制方法的控制流程图。
具体实施方式
本申请提供了一种E类无线电能传输装置及启动控制方法，本申请实施例的发射端采用SPSS匹配网络，并且发在射端增加了启动及控制电路单元。通过设置启动及控制电路单元调节发射端E类功放高频发生模块的工作状态，达到装置软启动的目的，使得开关管漏源级端电压变化范围减小，避免了所选用的晶体管的耐电压值低于启动尖峰电压时，晶体管容易被损坏的技术问题；发射端采用的SPSS匹配网络结构能在较大程度实现接收端电压恒定，很好的解决了现有技术中负载敏感的问题，使得装置能够在负载变化时仍可以稳定工作，提高了装置的性能。
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
参见图1-图3，图1为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置的电路图；图2为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置的等效电路图；图3为本申请实施例提供的一种E类无线电能传输装置启动控制方法的控制流程图。
如图1的电路图所示的本申请一种E类无线电能传输装置，包括：
依次连接的直流电源模块、发射端E类功放高频发生模块、发射端启动及控制电路单元、发射端SPSS匹配网络、接收端串联谐振网络、接收端整流模块；
直流电源模块用于发射端E类功放高频发生模块供能；
发射端启动及控制电路单元用于控制发射端E类功放高频发生模块；
发射端E类功放高频发生模块用于将直流电逆变为交流正弦半波，并输送给发射端SPSS匹配网络；
发射端SPSS匹配网络用于将交流正弦半波变换为高频交流正弦波，并传输至接收端串联谐振网络；
接收端串联谐振网络用于接收高频交流正弦波，并传输至接收端整流模块；
接收端整流模块用于将高频交流正弦波变换为直流电输出至负载。
需要说明的是，如图1的电路图所示的本申请一种宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置的发射端采用SPSS匹配网络，并且在发射端增加了启动及控制电路单元。通过设置启动及控制电路单元调节发射端E类功放高频发生模块的工作状态，达到装置软启动的目的；发射端SPSS匹配网络将高频交流半波变换为高频正弦波加载到发射线圈，经发射线圈将电能发射出去，并且发射端采用的SPSS匹配网络结构能在较大程度实现接收端电压恒定。
进一步地，发射端E类功放高频发生模块包括输入谐振电路和开关管，发射端E类功放高频发生模块用于将直流输入电压逆变为交流正弦半波电压。
需要说明的是，如图1所示，发射端E类功放高频发生模块包括输入谐振电路和开关管Q；输入谐振电路包括扼流电感Lf和输入谐振电容Cf；扼流电感Lf与开关管Q串联；输入谐振电容Cf和开关管Q并联。该模块的作用是将直流输入电压Vin逆变为高频交流正弦半波电压VDS，然后输入到发射端 SPSS匹配网络。
如图2所示，发射端SPSS匹配网络四级LC串并联谐振网络，SPSS匹配网络将高频交流正弦半波电压VDS转换为高频交流正弦波，然后输入到发射线圈。
进一步地，发射端SPSS匹配网络包括四级LC(L：电感，C：电容)串并联谐振网络。第一级串联谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，第一谐振电感和第一谐振电容串联；第二级并联谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，第二谐振电感和第二谐振电容并联；第三级串联谐振电路；第三级串联谐振电路包括第三谐振电感和第三谐振电容，第三谐振电感和第三谐振电容串联。第四级串联谐振电路；第四级串联谐振电路包括第四谐振电感和第四谐振电容，第四谐振电感和第四谐振电容串联。
需要说明的是，发射端SPSS匹配网络电路包括，谐振电感Ls、Lp、Lst、 Lt，谐振电容Cs、Cp、Cst、Ct，发射接收线圈互感M。其中，谐振电感Ls和谐振电容Cs串联，谐振电感Lp和谐振电容Cp并联，谐振电感Lst和谐振电容 Cst串联，谐振电感Lt和谐振电容Ct串联。发射端SPSS匹配网络将高频交流正弦半波电压VDS转换为高频交流正弦波输入到发射线圈，此时接收端LC串联电路产生谐振，以发射接收电路谐振的方式把发射端的能量传送到接收端。如图2所示，即为将图1中的发射端电路进行简化后所得到的电路图。
通过交变的磁场进行电能传输，可以利用谐振网络降阶的方式来计算该放大装置的接收端LCCL谐振网络的反射阻抗，进而确定整个装置能量的耦合关系。
本申请实施例提供的宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置的发射端SPSS匹配网络和接收端LC谐振网络如图2所示的简化电路模型的总阶数为8阶，为了降低装置发射端SPSS匹配网络的相关电感、电容参数的计算，可以通过谐振电路降阶的方式来进行计算。具体计算过程如下：
开关管寄生电容或外接电容Cf，是开关管实现ZVS(Zero Voltage Switch 零电压开关)的前提条件；接收端谐振模块包括LC电路，其谐振时与后级所连接的全桥整流为并联关系，不会影响接收端的谐振网络阻抗性质。此时接收端的总阻抗通过公式可以计算获得，其总阻抗的大小为：
Figure RE-GDA0002381537620000071
上式中，谐振时阻抗虚部之和为零，也就是说：
Figure RE-GDA0002381537620000072
放大装置的发射端谐振模块与接收端谐振模块通过发射线圈M形成松散耦合，接收端的总阻抗可以耦合回发射端，其反射阻抗的大小为：
Figure RE-GDA0002381537620000073
其中耦合系数M可由下式计算得到：
Figure RE-GDA0002381537620000074
式中k为两线圈之间的耦合因数，其大小与两线圈的形状、位置关系、线圈内介质等有关，是一个小于1的正数。优选的，k取0.1～0.7。
基于上述分析可知装置中的电路的简化后的装置的发射端的总等效阻抗为：
Figure RE-GDA0002381537620000075
在高频的情况下，为了降低开关管的开关损耗，开关管漏、源级关断要与其流过的电流交叉区域很小，即需要实现ZVS(Zero Voltage Switch零电压开关)。由开关管漏极电压的直流与基波分量在前半周期开关管导通时，开关频率与需要实现ZVS输入谐振网络Lf、Cf的频率关系为：
Figure RE-GDA0002381537620000081
为了达到在一定负载范围内的最好传输效果，其输入谐振网络的谐振频率可以相应的作出改变。要达到此效果，可以通过在一定范围内改变开关管并联电容Cf，使得输入谐振网络处于最小负载，其关系为：
Figure RE-GDA0002381537620000082
通常情况下，α为0～0.8之间的数，实际取值在可以根据使用情况具体设置，在本申请实施例下，优选的α的取值为0.7。
因此，输入谐振网络电容Cf可由下式求得：
Figure RE-GDA0002381537620000083
联合式(6)、(7)、(8)可计算获得电容Cf的取值。
进一步地，发射端SPSS匹配网络包括第一级串联谐振电路；第一级串联谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，第一谐振电感和第一谐振电容串联。
需要说明的是，从图1可知，发射端谐振电路的第一级串联谐振电路由第一电感和第一电容串联组成，第一级串联谐振电路和第二级并联谐振电路分别决定放大装置中谐振网络的最大品质因数Q值和最小品质因数Q值，通过调节Q的取值，能够使得装置能在较宽范围下正常工作。
进一步地，发射端SPSS匹配网络包括第二级并联谐振电路；第二级并联谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，第二谐振电感和第二谐振电容并联。
需要说明的是，从图1可知，发射端谐振电路的第二级并联谐振电路由第二电感和第二电容并联组成，放大装置的第一级串联谐振电路和第二级并联谐振电路在对应的最小负载时的最适合的品质因数或最大负载时的最适合的品质因数为：
Figure RE-GDA0002381537620000084
Qopt的选取决定了装置的承载负载能力，在装置正常工作时，优选的Qopt 选取为4.5或5可实现宽负载范围。
对于第一串联谐振电路来说，在额定负载下，电容Cs与最适Q值有如下关系：
Figure RE-GDA0002381537620000091
联合式(9)和(10)可计算获得电容Cs。
对于第二并联谐振电路而言，在额定负载下，最小负载与该谐振电路的关系如下：
Figure RE-GDA0002381537620000092
其中，电感可由下式求得：
Figure RE-GDA0002381537620000093
由式(11)和(12)可得计算获得电容Cp。
进一步地，发射端SPSS匹配网络包括第三级串联谐振电路；第三级串联谐振电路包括第三谐振电感和第三谐振电容，第三谐振电感和第三谐振电容串联。
Figure RE-GDA0002381537620000094
需要说明的是，第三级串联谐振电路由第三电感和第三电容串联组成，为了使发射端SPSS匹配网络有较宽的负载范围，在计算第四级串联谐振电路电感和电容参数时应是频率稍小于开关管工作频率fsw。
进一步地，发射端SPSS匹配网络包括第四级串联谐振电路；第四级串联谐振电路包括第四谐振电感和第四谐振电容，第四谐振电感和第四谐振电容串联。
Figure RE-GDA0002381537620000095
需要说明的是，在计算第四级串联谐振电路电感和电容参数时，同样需要考虑发射端SPSS匹配网络有较宽的负载范围，所以在计算时需使第四级串联谐振电路的谐振频率fsw2与第三级串联谐振电路的频率fsw1稍微错开一点。
在电感的线圈绕制时，其电感会受到线圈的形状、绕制匝数、每匝线圈之间的间距、绕制线圈的材料以及添加磁性材料等因素的影响，可以先确定电容，再确定电感值的大小。在测得实际绕制完成后的线圈的电感后，再相应的调整电容值。
进一步地，发射端启动及控制电路单元包括电压采样，电压采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感并联；电压采样后的值与设定参考值分别输入到第一级比较器的反相端和同相端；第一级比较器的输出和固定振荡三角波分别输入到第二级比较器的反相端和同相端；第二级比较器的输出值输入到占空比调节单元；电压采样、第一级比较器、第二级比较器、占空比调节单元依次相连。
需要说明的是，如图1所示电路，接收端电路包括接收谐振电感LR、接收谐振电容CR；接收端整流电路D1、D2、D3、D4，D1、D2串联组成一组， D3、D4串联组成另一组。接收端LC串联谐振电路将接收到的高频正弦波输入到接收端整流电路变换为直流。为了让装置传输效率高，在计算接收端谐振网络电路参数时，使谐振频率与发射端谐振频率一致，并且电感与电容串联谐振对于接收端的参数设计有很大的帮助。为了获得最佳的电能传输效果，发射端线圈与接收线圈的电感值会保持一致。根据谐振时电感与电容之间的关系，可得出相应的电感和电容的参数。
进一步地，发射端启动及控制电路单元包括电流采样单元，电流采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感串联；电流采样的输出端连接电流判定后输入到占空比调节单元，电流采样、电流判定、占空比调节单元依次连接。
需要说明的是，如图1所示，采样反馈模块包括两级比较器。电感电压 VLf经采样电路成比例缩小后送入第一级比较器的反相输入端，其与开关管正常漏极工作电压VMOS_D比较，比较器输出值送入第二级比较器的反相输入端，与产生驱动相关的三角波比较产生驱动信号，并且采集流过扼流电感的电流用以辅助判断，产生可变占空比的驱动脉冲，以此控制开关管的工作状态。
需要说明的是，由于采样反馈模块连接着的微控单元的最大输入为3.3V，当成比例缩小后的采样电压大于3.3V时将会使微控单元损坏，所以一般是用电阻分压的方法采集比例缩小后的电压。采样后模拟量变为数字量存储在Resultx(x为0到15的正整数)中，若结果寄存器为n位，则最大采样值为2n，按照此对应关系可以得到实际采样值。详细的采样比较过程如图3所示。
需要说明的是，启动控制模块的启动控制分为三步：1)在初始状态时检测扼流电感的端电压和电流，用以判断装置是否处于起始工作状态；2)当装置为起始工作状态时，启动控制模块产生低于设计占空比D的驱动信号驱使开关管工作；3)当扼流电感的端电流和端电压稳定后，数字控制模块将调整当前占空比D到实际设计值。假设扼流电感输出端电压为VLf，正常工作时开关管漏极电压为VMOS_D。通过电压电流检测电路实时采样扼流电感的端电压 VLf，并输送到数字控制模块与设定的正常工作时开关管漏极电压VMOS_D进行比较运算。发射端启动及控制电路单元的占空比调节单元的输入为第二级比较器的输出和电流判定的输出；占空比控制单元的输出传输到宽负载E类功放高频发生模块的开关管；占空比控制单元与宽负载E类功放高频发生模块的开关管串连。
需要说明的是，放大装置在工作时，可能会出现五种运行情况。情况一：装置正常工作时，装置按设定的占空比D运行；情况二：装置在起始开机时，通过检测相应扼流电感参数改变装置运行占空比D，当检测扼流电感参数在合理范围内即设定为当前占空比；情况三：当功放未工作时，装置判定为暂未工作2；情况四：当功放未供电时，装置判定为暂未工作1；情况五：当检测扼流电感的电压电流参数全部异常，即此时装置故障。
本申请提供的一种E类功率放大装置，包括基于E类功放的高频发生模块、用于原边阻抗变换的第一级串联LC谐振网络、用于原边阻抗变换的第二级并联LC谐振网络、用于原边阻抗变换的第三级串联LC谐振网络、用于副边阻抗变换的串联LC谐振网络、接收端谐振电路、全桥整流电路模块、负载。直流电源经E类功放高频发生模块，可以被斩波为频率一定的方波。方波经过原边三级LC串并联谐振网络转变为高频正弦波，最后通过发射线圈将能量发射出去。接收线圈与接收端谐振网络相连，并与原边发生耦合谐振，接收到的能量经全桥整流电路模块后变为直流电压供负载使用。原边的三级LC串并联谐振网络使得E类功放具有宽的负载范围；装置的启动控制模块的电路，包括电阻分压采样电路连接到扼流电感的后端、输入电流采样电路连接到扼流电感的前端，采样得到的数值经采样调理电路后，送入连接着的控制单元计算，从而控制开关管的工作状态。本申请通过在谐振式无线电能传输系统的原边和副边分别添加适当的谐振网络，可以实现负载发生变化的情况下E 类功放仍处于最佳工作状态，同时系统的启动控制降低了开关管的电压电流过冲，使得系统获得较好的传输效率，从而使得基于改进型E类功放的磁耦合谐振无线电能传输装置性能。
为了便于连接，参见图3，为本申请提供的一种E类无线电能传输装置启动控制方法的控制流程图；
本申请第二方面提供了一种E类无线电能传输装置启动控制方法，该方法基于上述实施例的E类无线电能传输装置实施，方法包括：
在发射端处于初始状态时，电压电流采样检测扼流电感的端电压和电流的当前数值，采样电压值依次经过第一级比较器和第二级比较器输出电压信号，采样电流经过电流输出电流信号，电压信号和电流信号经过占空比控制单元判断功率放大装置是否处于起始工作状态；
当占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置为起始工作状态时，启动控制单元产生低于设计占空比D的驱动信号驱使开关管工作，并一直保持产生当前占空比；
当占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置不为起始工作状态，并且扼流电感的电流和端电压稳定时，启动控制单元产生与设计占空比D相等的驱动信号驱使开关管工作。
需要说明的是，在发射端处于初始状态时，电压电流采样检测扼流电感的端电压和电流的当前数值，采样电压值依次经过第一级比较器和第二级比较器输出电压信号，采样电流经过电流输出电流信号，电压信号和电流信号经过占空比控制单元判断功率放大装置是否处于起始工作状态；装置为起始工作状态时，启动控制单元产生低于设计占空比D的驱动信号驱使开关管工作，并一直保持产生当前占空比；当占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置不为起始工作状态，并且扼流电感的电流和端电压稳定时，启动控制单元产生与设计占空比D相等的驱动信号驱使开关管工作。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种E类无线电能传输装置，其特征在于，包括：
依次连接的直流电源模块、发射端E类功放高频发生模块、发射端启动及控制电路单元、发射端SPSS匹配网络、接收端串联谐振网络、接收端整流模块；
所述直流电源模块用于发射端E类功放高频发生模块供能；
所述发射端启动及控制电路单元用于控制发射端E类功放高频发生模块；
所述发射端E类功放高频发生模块用于将直流电逆变为交流正弦半波，并输送给发射端SPSS匹配网络；
所述发射端SPSS匹配网络用于将交流正弦半波变换为高频交流正弦波，并传输至接收端串联谐振网络；
所述接收端串联谐振网络用于接收高频交流正弦波，并传输至接收端整流模块；
所述接收端整流模块用于将高频交流正弦波变换为直流电输出至负载。
2.根据权利要求1所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端E类功放高频发生模块包括输入谐振电路和开关管；所述输入谐振电路包括扼流电感和输入谐振电容；所述扼流电感与开关管串联；所述输入谐振电容和开关管并联。
3.根据权利要求1所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端SPSS匹配网络包括第一级串联谐振电路；所述第一级串联谐振电路包括第一谐振电感和第一谐振电容，所述第一谐振电感和所述第一谐振电容串联。
4.根据权利要求1所述的E无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端SPSS匹配网络包括第二级并联谐振电路；所述第二级并联谐振电路包括第二谐振电感和第二谐振电容，所述第二谐振电感和所述第二谐振电容并联。
5.根据权利要求1所述的E类功放磁无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端SPSS匹配网络包括第三级串联谐振电路；所述第三级串联谐振电路包括第三谐振电感和第三谐振电容，所述第三谐振电感和所述第三谐振电容串联。
6.根据权利要求1所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端SPSS匹配网络包括第四级串联谐振电路；所述第四级串联谐振电路包括第四谐振电感和第四谐振电容，所述第四谐振电感和所述第四谐振电容串联。
7.根据权利要求1所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端启动及控制电路单元包括电压采样单元，所述电压采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感并联；所述电压采样后的值与设定参考值分别输入到第一级比较器的反相端和同相端；所述第一级比较器的输出和固定振荡三角波分别输入到第二级比较器的反相端和同相端；所述第二级比较器的输出值输入到占空比调节单元；所述电压采样、第一级比较器、第二级比较器、占空比调节单元依次相连。
8.根据权利要求1或7所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端启动及控制电路单元包括电流采样，所述电流采样单元与发射端E类功放高频发生模块中扼流电感串联；所述电流采样的输出端连接电流判定后输入到占空比调节单元，所述电流采样、电流判定、占空比调节单元依次连接。
9.根据权利要求8所述的E类无线电能传输装置，其特征在于，所述发射端启动及控制电路单元的占空比调节单元的输入为第二级比较器的输出和电流判定的输出；所述占空比控制单元的输出传输到宽负载E类功放高频发生模块的开关管；所述占空比控制单元与宽负载E类功放高频发生模块的开关管串连。
10.一种E类无线电能传输装置启动控制方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-9任一项所述的E类无线电能传输装置实施，方法包括：
在发射端处于初始状态时，电压电流采样检测扼流电感的端电压和电流的当前数值，采样电压值依次经过第一级比较器和第二级比较器输出电压信号，采样电流经过电流输出电流信号，电压信号和电流信号经过占空比控制单元判断功率放大装置是否处于起始工作状态；
当所述占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置为起始工作状态时，启动控制单元产生低于设计占空比D的驱动信号驱使开关管工作，并一直保持产生当前占空比；
当所述占空比控制单元判定宽负载E类功放磁耦合谐振式无线电能传输装置不为起始工作状态，并且扼流电感的电流和端电压稳定时，启动所述控制单元产生与设计占空比D相等的驱动信号驱使开关管工作。
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