关键词：
微波无线输能
整流电路
大功率
二极管建模
逆向拟合
摘要：
近年来,随着新能源技术的不断发展,人们对充电无线化和充电大功率的需求越来越高,而微波无线输能系统即能满足充电无线化、充电大功率的需求。整流电路作为微波无线输能系统的关键电路之一,整流电路的功率容量大小决定了整个输能系统传输能量的大小,因此对微波整流电路的大功率研究至关重要。本文将围绕微波整流电路的大功率技术、高效率技术、二极管建模技术进行创新性研究,旨在推动微波无线输能领域的发展。
首先,本文介绍了微波整流电路的基本理论。先是微波输能系统和整流电路的研究背景与意义,微波整流电路的拓扑结构,然后对肖特基二极管的物理结构、小信号模型、大信号模型进行理论分析,最后还对整流电路的大功率、高效率实现方法进行了详细介绍,为后续章节的设计工作奠定理论基础。
其次,本文提出了一种基于逆向拟合的二极管建模方法。该方法的创新点在于以较少的工作量和时间实现复杂的二极管建模工作,减小整流电路仿真和实测的差异,而且在大功率下的模型准确度仍然较高。本文搭建了一套大功率整流电路的自动化测量系统,可以完成整流电路大批量、高精确的自动测量。后续介绍了逆向拟合法建模的核心思想、建模流程、建模结果、建模验证,最终完成了HSMS-270B二极管大信号模型建立,并用两款新的整流电路进行验证,最终使功率-效率、频率-效率和电阻-效率曲线的效率误差均值分别控制在了≤3%、≤6.5%和≤5%,远小于未建模的10%误差阈值,说明该建模方法具有可靠性和普适性。
最后,本文设计了功率为瓦级和10瓦级的大功率整流电路。第一款为F类瓦级大功率整流电路,创新点在于提出了一种结构新颖的F类谐波控制网络,该网络不仅能够减小二极管的损耗而且还能降低阻抗匹配难度,匹配结构采用λ/4微带线进行匹配,极简的匹配结构能减少电路插损,实测表明在2.45GHz下输入功率可达32d Bm(1.58W),对应的整流效率为76%。第二款为逆F类10瓦级大功率整流电路,创新点在于提出了一种1×4功分器结合并-串直流合成网络的结构,该结构不仅能够增大整流电路输入功率,而且也能提高整流电路的带载能力和整流效率,实测表明2.45GHz下输入功率可达40d Bm(10W),对应的整流效率为61%,负载变化范围200欧姆。通过这两款大功率整流电路的设计,能够在一定程度上推进微波无线输能系统在大功率传能方面的发展。
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