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无线输能中的高效宽功率范围整流电路研究

林权纬  
【摘要】:近年来微波无线输能技术成为研究的热点。微波整流电路是无线输能系统的接收部件之一,作用是将接收到的射频能量转换为直流能量,整流效率是影响无线输能系统传输效率的重要因素。在无线输能过程中,受到传输路径上的损耗、多径反射等的影响,整流电路接收到的功率会发生较大的变化,因此研究拓展整流电路功率范围的方法具有较高的实际应用价值。本文首先对整流技术以及功率范围的拓展方法的研究现状进行了分析和总结,在此基础上研究了整流电路的分析和设计方法,提出了三种拓宽整流电路功率范围的方法,具体研究内容分为以下三个部分:1、基于不同功率的并行双路高效率微波整流电路。原理是通过一个不等分功分器,将最优效率对应的输入功率不同的两个子整流电路结合起来,通过功分器的功率分配实现两个子整流电路的切换工作。文章首先分析微波整流电路的工作原理,然后使用仿真软件进行全波仿真。仿真和测试结果的一致性验证了所提出的方法的可行性。2、基于阻抗压缩网络的差分整流电路。由于整流电路输入阻抗随着输入功率的变化而变化,因此传统的匹配网络只能对某一个输入功率上的输入阻抗进行匹配,难以兼顾其他输入功率上的阻抗匹配,导致功率范围减小。本文通过加入阻抗压缩网络,可以减小整流电路输入阻抗的变化范围,从而实现阻抗在宽功率范围的匹配。文章首先设计以倍压整流电路作为支路的双路差分整流电路,从理论上分析阻抗压缩网络和倍压整流电路的工作原理,指导基于阻抗压缩网络的差分整流电路的设计,然后使用仿真软件进行全波仿真。仿真和测试结果的一致性验证了所提出的方法的可行性。3、阻抗调制的宽功率整流电路。本文分别设计最高效率在不同输入功率下的两个子整流电路作为巴伦的输出支路,调整支路的匹配网络,使两支路的输入阻抗分别在最高效率对应的输入功率下形成较大的差异,利用不等负载在巴伦电路中分配到的功率不等的特性设计宽功率整流电路。在输入功率较低时候,使低输入功率支路得到更多的能量并且处于最佳工作状态,在输入功率较高的时候,使高功率支路得到更多的能量并且处于最佳工作状态,从而实现最佳工作状态在输入功率变化的自适应切换。


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