以前,eGaN FET在松耦合無線功率傳輸解決方案中已展示出更高的效率。當(dāng)使用ZVS D類或E類放大器[1、2、3、4、5]進(jìn)行諧振時,會發(fā)生這種情況。然而,實(shí)用的無線電力系統(tǒng)需要解決此類系統(tǒng)的便利性因素,這會導(dǎo)致反射線圈阻抗隨著負(fù)載和耦合的變化而明顯偏離共振。這些系統(tǒng)仍然需要向負(fù)載供電,因此放大器需要在很寬的阻抗范??圍內(nèi)驅(qū)動線圈。諸如A4WP 3類的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定義了寬泛的線圈阻抗范圍,該范圍解決了便利因素,可以用作比較放大器性能的起點(diǎn)。
在這套Wi GaN中,ZVS D類和E類放大器都將在A78WP A類3類標(biāo)準(zhǔn)的6.78 MHz下進(jìn)行測試,并以減小的阻抗范圍確定固有的工作范圍極限。諸如器件溫度和電壓限制之類的因素將決定每個放大器能夠驅(qū)動的負(fù)載阻抗范圍的界限。
A4WP 3類標(biāo)稱工作范圍
A4WP 3類標(biāo)準(zhǔn)定義了一個寬阻抗范圍-虛數(shù)范圍為+ 10jΩ至-150jΩ,實(shí)數(shù)范圍為1Ω至56Ω。這是必不可少的,因?yàn)榉糯笃餍枰軌蛞?00 mARMS的額定電流驅(qū)動,當(dāng)輸出功率達(dá)到16 W時,該額定電流就會降低。整個阻抗范圍在圖1的史密斯圓圖上用藍(lán)色陰影區(qū)域顯示,并且也稱為四個角。由于范圍如此之寬,因此可以旋轉(zhuǎn)阻抗范圍以提高驅(qū)動線圈的放大器的效率和性能。在某些情況下,此阻抗旋轉(zhuǎn)稱為自適應(yīng)匹配,因?yàn)殡娐酚性磿で笳业阶詈线m的線圈工作阻抗,并由藍(lán)色虛線圓弧表示(無特定旋轉(zhuǎn))。
鑒于A4WP 3類阻抗范圍如此之大,無線電力系統(tǒng)設(shè)計的第一步就是確定實(shí)際的工作阻抗范圍。一旦知道,該值將確定自適應(yīng)匹配覆蓋整個3類范圍所需的離散步數(shù)。放大器的實(shí)際限值包括額定設(shè)備電壓限值,溫度限值,在某些情況下還包括電源電壓限值。在此實(shí)驗(yàn)分析中,將在28°C的工作環(huán)境中使用額定電壓的80%的器件電壓極限和100°C的器件溫度極限(通過紅外攝像頭觀察)。
高效無線功率傳輸放大器拓?fù)?/strong>
將分析兩種高效放大器拓?fù)洌碊類ZVS和單端E類。每種放大器拓?fù)涞脑韴D和理想工作波形如圖2所示。
ZVS D類拓?fù)淅梅侵C振ZVS儲能電路允許開關(guān)節(jié)點(diǎn)在開關(guān)轉(zhuǎn)換之間進(jìn)行自換相,從而有效地消除了D類器件的輸出電容(COSS)相關(guān)損耗執(zhí)行。
單個設(shè)備的E類拓?fù)淅弥C振頻率Le和Csh(諧振頻率不同于工作頻率)來建立ZVS所需的條件。在這種設(shè)計中,輸出電容(COSS)有效地與Csh并聯(lián),因此成為建立ZVS所需的諧振電路的一部分。在某些情況下,隨著外部電容器Csh的值減小到零,E類的設(shè)計將被限制為COSS的值。
設(shè)備比較
[5]中定義的無線功率傳輸品質(zhì)因數(shù)(FOMWPT)被用于將eGaN FET與同類最佳MOSFET進(jìn)行比較,如圖3所示。高級器件的FOMWPT值較低。從FOMWPT可以清楚地看出,eGaN FET固有地在兩種放大器拓?fù)渲芯憩F(xiàn)出潛在的優(yōu)越性能。
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