无线电能传输装置的设计--本科生(论文).doc

学号Tianjin TianShi College 本科生毕业设计（论文）院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：无线电能传输装置的设计Design of Wireless Power Transfer Device院 别： 信息与自动化学院专 业： 电子信息工程年 级： 学生姓名： 指导老师： 院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：院 别：专 业：年级班级：学生姓名：指导老师：完成日期：学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果，除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名（手签）： 年 月 日摘 要无线电能传输技术是近几年来兴起的一种新型能量供应方式。传统通过金属接触直接供电的电能传输方式，存在如滑动磨损、接触火花、不安全导体裸露等隐患。为了改善传统导线电路电能传输的弊端,本论文设计了一种近距离无线电能传输系统。它克服了传统电能传输方法的诸多不足，在一些易燃、易爆、潮湿的特殊环境，可以在不接触的情况下,完成电能的高效传输。论文介绍了实现无线电能传输的三种方式，比较后选择磁耦合谐振方式实现无线电能传输。本文基于耦合模型理论详细分析了磁耦合谐振无线电能传输的工作原理，通过计算推导得出提高本系统能量传输效率公式。本系统由电源电路、高频逆变电路、发射和接收线圈、整流滤波电路几个部分组成。本设计核心部分是实现源线圈跟设备线圈之间的自谐振强耦合。通过高频逆变电路的E类功率放大实现将输入的直流电转变为高频交流电的功能。高频交流电由发射线圈转换为磁能并发送。接收线圈则负责接收磁能并将其转换为交流电信号，再通过后级的整流滤波电路将交流信号转换为直流信号用以驱动作为负载的2个串联的LED（1W），从而实现系统的无线电能传输。本设计的无线电能传输装置，输出电压为5.3V，频率为999.6KHz，系统效率达到23%，成功将距离发射线圈23cm处的LED灯点亮。关键词：无线电能传输；磁耦合谐振；振荡电路ABSTRACTWireless power transmission technology in recent years the rise of a new mode of energy supply. Traditional metal contact directly powered by electricity transmission, there is a sliding abrasion, contact with sparks, insecurity and other risks exposed conductor. In order to improve the shortcomings of the traditional wire circuit power transmission, this paper designed a short distance wireless power transmission system. It overcomes many shortcomings of traditional methods of power transmission, in some flammable, explosive, humid special environment, without contact, complete and efficient transmission of electrical energy.This paper introduces the realization of wireless power transmission in three ways, compare and select magnetically coupled resonant wireless power transmission achieved. Based on a detailed analysis of the theory of coupled model is magnetically coupled resonant wireless power transmission works, deduced by calculating the energy transfer efficiency of the system to improve the formula.The system consists of a power supply circuit, high-frequency inverter circuit transmitting and receiving coils, composed of several parts rectifier filter circuit. The core of the design is to achieve self-resonant strong coupling source coil with equipment between the coils. By E class power amplifier to achieve high-frequency inverter circuit input DC into high frequency alternating current function. High frequency alternating current is converted to magnetic energy from the transmitter coil and transmitted. The receiving coil receives the AC magnetic energy and converts it into an electric signal, and then through the subsequent stage of the AC rectifier filter circuit signal into a DC signal for driving a load of 2 as a series of LED (1W), in order to achieve a radio system energy transmission.Wireless power transmission device design, the device output voltage is 5.3V, frequency of 999.6KHz, system efficiency of 23%, success will light emitted from the LED lamp at 23cm coil.Key Words:Wireless power transfer；Magnetic coupling resonance；Oscillation circuit目 录1 引言11.1 课题研究目的与意义11.2 课题研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状22 无线电能传输的理论分析42.1 无线电能传输方式42.1.1 微波电能传输方式42.1.2 感应耦合电能传输方式42.1.3 磁耦合谐振电能传输方式52.1.4 无线电能传输方式比较52.2 磁耦合谐振无线电能传输工作原理62.2.1 理想情况下耦合模型理论的工作原理62.2.2 实际情况下耦合模型理论的工作原理72.3 磁耦合谐振无线电能传输效率的计算72.3.1 谐振线圈中参数的计算72.3.2 能量传输效率的计算83 无线电能传输系统方案选择93.1 系统构成93.2 驱动电路模块方案选择93.2.1 高频逆变电路方案选择93.2.2 激励产生电路方案选择103.3 整流滤波电路方案选择113.3.1 整流电路方案选择113.3.2 滤波电路方案选择113.4 线圈结构方案选择124 系统硬件设计144.1 系统总体框图设计144.2 单元电路设计144.2.1 电源电路设计144.2.2 信号发生电路设计164.2.3 高频逆变电路设计164.2.4 发射及接收线圈174.2.5 整流滤波电路175 电路测试与分析195.1 测试方案及仪器195.1.1 测试方案195.1.2 测试仪器195.2 单元电路测试与分析195.2.1 电源电路测试与分析195.2.2 信号发生电路测试与分析215.3 统调测试与分析225.3.1 测试环境225.3.2 线圈测试与分析235.3.3 测试线圈距离与输出电压关系245.3.4 测试负载与线圈距离关系245.3.5 测试偏移线圈轴心与输出幅值关系255.3.6 测试最佳的匹配频率值265.3.7 测试频率与电流效率的关系266 结 论27参考文献28附录：电路原理图30致 谢3437天津天狮学院2015届本科生毕业设计（论文）1 引言1.1 课题研究目的与意义随着科技与经济水平的发展，我们的身边充斥着越来越多电子设备，人们对电能的消耗越来越大。然而传统电能传输方式通过导线的金属接触直接供电，因要预先架设或铺埋电网，需要大量人力物力。尤其在高山、森林、沙漠、海岛等布线困难的特殊地理环境中架设电力线路困难，有很大的局限性。并且易受环境、天气、地理条件影响，设备维护较困难。因而，人们更加需要对无线电能传输技术进行开发和应用。近年来无线电能传输技术得到了极大的发展，在轨道交通、海洋勘探、生物医学等诸多领域得到了广泛的应用。在医疗方面，如心脏起搏器，患者需要每隔几年做手术更换电池，如能对患者体内植入性医疗器件进行供电，即可避免患者做手术的风险。在交通运输及水下方面，如磁悬浮列车和水下感应充电可进行海底探测等活动应用。日常生活中用于电池充电，为手机、笔记本电脑等设备充电，大大增加设备移动的灵活性。无线电能传输技术不依赖传统的通过有线媒介传输，对于在有线供电部署困难的某些场合供电具有重要的意义。如能研发出大功率、远距离的无线电能传输装置，将引起能源领域一场变革。1.2 课题研究现状1.2.1 国外研究现状国外在无线电能传输技术的研究起步较早。19世纪末，尼古拉特斯拉提出了无线电能传输的概念。在90年代初，新西兰奥克兰大学研究感应耦合功率传输技术（ICPT），应用在恶劣环境下工作的移动设备的供电问题。2001年5 月，法国国家科研中心(CNRS)，通过微波式无线电能传输方式，成功点亮一个距离40m的200W灯泡。2006年，日本展示手机快速充电无线电力传输系统，距离4mm能量效率达到50%。2006年，美国麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology,MIT）马林索尔贾希克教授，在美国物理联合会AIP论坛上提出磁耦合共振原理。成功点亮7英尺远的60W电灯泡，能量效率达到40。2008年，英特尔信息技术峰会(Intel Developer Forum, IDF)上，演示了通过无线供电方式在1m距离内隔空给60W灯泡提供电力，能量效率高达75%。2008年，美国内华达州雷电实验室，成功在5m远的距离无线传输800W的电力。2008年，无线充电联盟（Alliance for Wireless Power）成立。2009年，Lasermotive在数百米的距离，使用激光二极管传输了1千瓦以上的功率，打破多项世界纪录，并赢得了美国航空航天局（NASA）大奖。2009年，Powermat公司发布了无线充电器系列产品。2010年，韩国试行在电感应路面行驶的无线充电电动车。2010年，英国 HaloIPT 公司，利用感应式电能传输技术为电动汽车无线充电。2013年，高通发表采用磁共振无线充电技术的智能手表Top。图1-1三星环形无线充电电板今年4月，三星推出环形无线充电电板，如图1-1所示。其支持无线充电联盟推出的Qi标准，具有出色的充电安全性，并且兼容所有Qi标准手机。这些都标志着无线能量传输技术正在一步步走向成熟。1.2.2 国内研究现状国内对无线电能传输技术的研究起步较晚。西安石油学院的李宏在2001年发表了一篇有关应用感应电能传输技术的综述文章。同年，重庆大学研制电能输出在600W-1000W范围内，传输效率达到70%，同时对多个用电设备供电的无线电能传输装置。2003年，重庆大学针对无线能量传输技术在医疗仪器上的应用，研究该技术用于体内诊疗的方案。2005年，香港城市大学研制出无线电池充电平台，将产品与充电器接触使用。哈尔滨工业大学架构了一个直径50cm螺旋铜线圈串接电容装置。成功实现在传输距离0.7m时，传输能量23W；在55cm的传输距离时，获得最大负载电压值，最高传输效率达到50%。香港理工大学采用平面薄膜谐振器对磁谐振耦合技术和感应耦合技术进行比较实验，磁谐振耦合无线电能传输技术在发射与接收谐振器在距离20cm，5.5MHz谐振频率下时，达到46%的传输效率。若采用感应耦合无线电能传输方式，距离仅在0.5cm传输范围以内。华南理工大学对谐振耦合无线电能传输系统从电路角度进行研究分析。对多组线圈参数不同的装置进行比较实验，探索优化谐振耦合无线电能传输系统的方法。2010年，国际消费类电子产品展览会(CES展)，海尔品牌推出全球首台无线电视“海尔无线电视”，如图1-2所示，它采用了先进的WiTricity的无线电力传输技术，不用电源线、信号线、网线，省去了家中众多电源连线带来的种种不便。它的诞生标志着全球彩电行业从此跨入“无尾时代”。近几年，在国内这项技术越来越受到关注，关于无线能量传输技术的研究在进一步的深入，在研究领域方面也在进一步的扩大。图1-2 CES展海尔展示全球首台“无尾电视”2 无线电能传输的理论分析2.1 无线电能传输方式无线电能传输（Wireless Power Transfer）又称无接触电能传输（Contactless Power Transfer）,最早由尼古拉特斯拉在十九世纪90年代提出。他设想在地球和电离层间建立低频共振，利用电磁波传输电能，后来他因经济困难停止了这项宏大的实验。自此，人们对无线电能传输的研究一直在继续。目前实现无线电能传输主要通过三种方式：微波电能传输方式、感应耦合电能传输方式（Inductive Coupled Power Transfer,ICPT）、磁耦合谐振电能传输方式。2.1.1 微波电能传输方式利用定向天线使电磁波（如微波、激光等）在自由空间范围把能量从发射端传输到接收端的技术称为微波无线电能传输技术。图2-1是微波电能传输系统的示意图。通过微波转换装置DC-AC将输入能量转换为微波能量，由天线无线发射端发送微波，接收天线接收无线微波能量，经过微波转换装置AC-DC将能量转换成直流电输出。图2-1 微波电能传输示意图大功率无线电能传输可通过微波电能传输技术实现。但由于在空气中传输的过程中，微波能量非常迅速的衰减，传输效率低。一般只能在太阳能发电站、卫星、微波飞机等特殊领域中应用。2.1.2 感应耦合电能传输方式感应耦合电能传输技术是使用最广的一种传输方式。该技术基于感应耦合理论，利用可分离空心变压器，实现电能的无线传输。感应电能传输系统如图2-2所示，输入能量经整流滤波后，再高频逆变将直流电转换为高频交流电。把能量由原边通过可分离变压器感应耦合后传给副边，最后副边补偿并整流滤波后输出能量。图2-2 感应电能传输示意图由于系统的传输效率受可分离变压器的耦合性能很大的影响。传输距离的长短和效率受耦合性能的直接影响。耦合系数随传输距离的增加而减小，系统传输效率也随之减少。目前，应用感应耦合电能传输方式进行无线电能传输的距离仅为几到几十毫米。这种直接接触方式的电力传输技术制作结构简单、技术可靠、成本较低。但因其传输距离较短、传输功率较小，只适于为便携的小型电子设备供电。2.1.3 磁耦合谐振电能传输方式磁耦合谐振无线电能传输方式利用谐振耦合的磁场传输能量，类似于物理学现象的共振。磁耦合谐振电能传输系统示意图如图2-3所示。当发射线圈和接收线圈的谐振频率相同时，激发装置在此谐振频率下产生交变磁场。发射线圈在交变磁场中产生自谐振，接收线圈不断接收发射线圈的能量，集聚并传递给负载，实现能量高效率的无线传输。图2-3 磁耦合谐振电能传输示意图该技术运用了谐振技术，由谐振线圈之间产生的磁场耦合会更强，这样就可以利用能量在两个线圈间的的磁场耦合交换，实现能量的无线传输。该方式可实现能量在中等距离的高效传输。2.1.4 无线电能传输方式比较感应耦合电能传输方式优点为传输效率较高，缺点是电能通过线圈传递时，传输距离被限制在厘米左右，传输效率受位置偏差影响，当有异物进入有产生高频波泄漏和过热的隐患。微波电能传输方式依赖发射和接收天线间微波能量的传输，优点为传输距离较远，但是存在不能跨越障碍物，而且传输效率极低的缺点。磁耦合谐振电能传输方式，磁场和电场耦合，建立发射和接收装置的传输路径，在同一谐振频率下可达到最大的传输效率，它一般用于中程无线电能传输。磁耦合谐振电能传输方式较高的传输效率和适中的传输范围，解决另外两种方式在传输距离和传输效率不可兼得的缺点。因此，本设计中无线电能传输装置选用磁耦合谐振的电能传输方式实现。2.2 磁耦合谐振无线电能传输工作原理磁耦合谐振无线电能传输技术是一种新技术，在2007年美国物理学会上，麻省理工大学的研究小组首次提出的一种新型无线电能传输技术。磁耦合谐振无线电传输系统的基本理论基础是“耦合模理论”。实现在相隔两米的距离，点亮了一个60瓦特的灯泡，传输效率为40%，在距离相隔一米时，传输效率可达90%。2.2.1 理想情况下耦合模型理论的工作原理磁耦合谐振无线电能传输过程的理论基础是耦合模型理论。假设模态信号为、，固有频率为、的无损耗系统，当两谐振器之间耦合，我们得到如下方程： （2-1） 、为两模型的耦合因数，根据能量守恒定律，能量随时间变化率为零，可表示为： （2-2） 设置模态信号、的初始相位和幅值，下方为耦合因数关系： （2-3）由方程（2-1）可得、的齐次方程。若，得到： （2-4）方程解得： （2-5）这里显示在耦合系统中，由于的原因两个频率分开。特别是情况下，耦合模型两个固有频率之间的差别是。假设初始时刻制定时和值，则方程（2.1）的解可表示为： （2-6） （2-7）2.2.2 实际情况下耦合模型理论的工作原理鉴于在实际情况下有损耗问题，将该耦合模型理论结合到当前的无线电力系统中，我们得到以下的耦合微分方程： （2-8）其中表示系统中源的模式信号，表示系统中设备的模式信号，表示角频率，表示耦合因数，表示内在衰减率。对耦合微分方程（2-8)进行拉普拉斯变换，可得： （2-9） （2-10）其中定义，假设在时电源拥有充足的能量。2.3 磁耦合谐振无线电能传输效率的计算2.3.1 谐振线圈中参数的计算品质因数的计算公式： (2-11)假设谐振线圈使用导线半径为r，线圈匝数为N，线圈半径为a。线圈电感的计算公式： (2-12)磁耦合谐振的无线电能传输系统中两种能量损失的主要形式：一个是导热电阻的发热损失；一个是由辐射在空间中的辐射损耗和非谐振物体导致的综合损失。由于导线电阻产生的发热损耗可表示为导线电阻发热损耗。导线电阻发热损耗计算公式： (2-13)其中是材料的电阻率，采用铜线时。辐射损耗计算公式： (2-14)其中真空电阻抗，光速。结合耦合理论方程，品质因数可表示为： (2-15)综合方程（2-5）和方程（2-6）可得谐振线圈损耗参数： (2-16)在实践中，可通过调整线圈的频率来达成线圈的品质因数的最大化。方程（2-15）可知，品质因数会随谐振线圈频率变化。两谐振线圈间互感的计算公式： (2-17)两谐振线圈间耦合系数的计算公式： (2-18)2.3.2 能量传输效率的计算在磁耦合谐振方式下，无线电能传输系统的损耗包含：发热损耗、辐射损耗以及负载造成的能量损耗，各能量损耗如下： (2-19)其中、是发射线圈、接收线圈和负载造成的能量消耗，只有负载消耗的能量能够被有效利用，具体能量传输效率为： (2-20)由上式推导当 时，系统的传输效率最高，即可令，来提高系统效率。3 无线电能传输系统方案选择3.1 系统构成本设计通过磁耦合谐振方式实现无线电能传输，系统总体框图如图3-1所示，系统由驱动电路模块、发射线圈、接收线圈、电能变换模块构成。现对每个模块，提出多个方案进行比较和论证，最终确定适合整个系统的方案。图3-1 系统总体框图3.2 驱动电路模块方案选择驱动电路模块由高频逆变电路和激励产生电路构成。现对这两部分，分别提出几个方案进行比较论证，选择适合本系统的方案。3.2.1 高频逆变电路方案选择图3-2 自激振荡电路方案一：自激振荡电路。图3-2为自激振荡电路的基本电路图，它的控制电路简单，由两个MOS形成自激电路，不需外部信号驱动，极大地提髙了整个系统的效率。可在小功率谐振耦合无线电能传输系统中应用。图3-3 E类谐振电路方案二：E类谐振电路。图3-3为E类谐振电路的基本电路图，由C、R、L构成谐振负载回路，采用MOSFET功率场效应管作为开关器件。电路中L1的阻抗大，通过的电流为恒定值。外加电容C1，用以辅助谐振，使开关管T在理想状态下工作，可零电压开通开关管T。方案分析：高频逆变电路作用是将直流电转换成高频率的交流电，此部分应稳定性好、效率高、损耗小、抗干扰能力强、控制简单。E类谐振式拓扑电路仿真如图3-4所示，综合考虑我们选择方案二E类谐振式髙频逆变电路。图3-4 E类谐振式拓扑电路仿真图3.2.2 激励产生电路方案选择方案一：采用NE555定时器构成多谐振荡器，生成周期性信号，把直流电运用电容的冲放电和与非门的通断条件转换成脉冲信号，并将脉冲信号放大，经过变压器变压即可实现直流电转换成交流电。方案二：采用环形振荡电路利用延迟负反馈作用构成一种多谐振电路。在电路中任何一个反相器输入端的微小扰动都将被逐级放大，使电路产生振荡。电路的震荡周期基本上由RC参数决定，通过修改RC参数可以调节周期。环形振荡电路仿真如图3-5所示。图3-5 环形振荡电路仿真方案三：采用DDS函数/任意波形信号发生器产生正弦波信号，频率范围从0.1Hz2MHz，占空比调节范围宽，输出信号能够调节幅度，波形失真小。方案分析：方案一555的最大输出频率为500K不满足本系统要求。方案二环形振荡电路经测试输出波形及频率输出效果较差。方案三DDS函数/任意波形信号发生器其调试方便，输出频率满足系统要求，信号稳定度高，低失真。故采用方案三。3.3 整流滤波电路方案选择3.3.1 整流电路方案选择方案一：半波整流电路。其具有结构简单，电路器件较少的优点，但由于该电路只有效利用了交流电压的半个周期,使其效率较低、输出电压较低、脉动较大。方案二：桥式整流电路是对二极管半波整流的一种改进，输出电压的平均值较大，可以让负载获得较高的电压和电流，输出脉动较小。很好的实现了全波整流。在接收线圈两端的负载和电压都相同时，桥式整流电路和半波整流电路的输出电流相比平均值更大，适合在磁耦合谐振无线电能传输系统中运用。所以本系统采用桥式整流电路对本系统的高频电压进行整流。3.3.2 滤波电路方案选择方案一：电容滤波电路。即电阻电容滤波电路，负载电阻与滤波电容并联，电容两端电压即为输出电压。其结构简单，输出电压高并且脉动较小，但存在由电流冲击并且外特性较差的缺点。方案二：LC滤波电路。即电感电容滤波电路，铁芯电感与滤波电容串联，由于电感线圈产生自感电动势阻碍电流的变化。因此负载电流和电压的脉动减小时，受其影响频率降低，电感也随之减小，滤波效果较差。方案三：型滤波电路。它的电容量和电阻值成正比，电阻和电容值越大，电路的滤波效果越好。但整流二极管需承受较大冲击电流，并且随着电阻值的增大直流压降会减小。图3-6 桥式整流型滤波电路仿真综合考虑上述方案，针对本系统的传输特点，采用方案三型滤波电路。桥式整流型滤波电路仿真如图3-6所示。3.4 线圈结构方案选择方案一：平板式线圈结构如图3-7所示。平板式线圈结构的高度很小，有助于对整个系统进行小型化设计，可在无线电能传输系统位置固定的情况下使用。该结构对于发射和接收装置的位置准确度要求很高，易因两线圈相对位置的变化而影响系统的传输特性。图3-7 平板式线圈结构方案二：螺线管式线圈结构如图3-8所示。螺线结构下线圈的传输距离较远、效率较高，产生磁场均匀并且导向性良好，适合在无线电能传输系统中应用。图3-8 螺线管式线圈结构方案分析：在线圈结构选择时，不只需要考虑本系统对线圈厚度、体积的要求，还要综合考虑两线圈之间的耦合互感系数和其本身的品质因数等。综上，为减小线圈的损耗，提高系统的传输特性，本系统选择方案二螺线管式线圈结构。4 系统硬件设计4.1 系统总体框图设计图4-1 系统总体框图本系统总体框图如图4-1所示，系统设计细分为以下几部分：电源模块、信号发生模块、高频逆变模块、发射线圈、接收线圈和整流滤波模块。4.2 单元电路设计4.2.1 电源电路设计本系统中电源输入的+15V电压经过滤波、稳压、DC-DC转换产生5V及12V电压对各模块进行供电。电源模块框图如图4-2所示。图4-2 电源模块框图其中DC-DC模块电源具有小型化封装；高性能价格比，高可靠性；输出稳压，精度可达3%；内置输入滤波器，低电磁兼容特性；全六面金属屏蔽的典型性能。适用于输入电源的电压变化5%；输入输出之间要求隔离电压1000VDC的电源应用场合设计，在通信、电力、铁路、工程控制、新能源等行业广泛应用。应用电路如下图4-3所示，输入端滤波电容C1可选取铝解电容或钽电容，其耐压值应大于输入端最高输入电压值，一般选取在22F-100F之间的电容。输出端滤波电容C2、C3，其耐压值应大于输出端最高输出电压值。滤波电容C2的电容值一般在22F-100F之间。C3在芯片前端连接，主要功能为削减输入电压尖峰，一般使用0.1F-1F高频瓷片电容或贴片电容。 图4-3 DC-DC模块电源应用电路电源模块电路图如图4-4所示，输入电源通过电容滤波后，在稳压部分采用7812三端稳压集成芯片输出直流电压+12V后，采用高效率DC-DC变换通过开关方式实现电压变换为直流5V及12V输出。图4-4 电源模块电路图本模块电路简单，高频，高效，输出电压稳定，使系统各模块正常工作。4.2.2 信号发生电路设计根据设计的高频逆变电路的需要，开关管需要1MHz以上频率的信号。在系统中选用FY3002S信号发生器来实现所需正弦波。FY30xxS系列DDS函数任意波形信号发生器采用直接数字合成技术（DDS）。模块具有线性扫频与对数扫频功能，用户可设定扫描频率范围及时间。具有14种常用波形，还可输出8-bit、1024点的用户编辑自定义任意波形。可双路TTL驱动输出，输出信号能够调节幅度和直流偏置。同时具有计数器和宽频带的频率测量功能。使用按键控制简单方便，输出信号稳定度高，失真低，技术指标优异，可作为本系统的的配套模块使用。4.2.3 高频逆变电路设计设计本系统中高频逆变电路部分有三点基本要求：1、能在1MHz以上的频率工作。2、有较高的效率。3、有一定的功率输出。高频逆变电路包括信号发生器、E类高频功率放大电路、功率场效应管三部分。本系统的高频逆变电路原理图如图4-5所示。电路中L1的阻抗足够大，流过它的电流为恒定值。采用MOSFET功率场效应管作为功放元件。谐振负载回路中C1为外加电容，起到辅谐振的作用，让开关管T在理想状态下工作，可以使开关管T零电压开通。图4-5 高频逆变电路原理图在稳压条件下，E类谐振式逆变电路的开关导通过程分四部分：1.开关管由导通变成关断，此时开关管和电容电压为零。若是降低开关损耗，使开关管工作在理想状态，必须选取合适的元器件，令开关管上的电流降至最小。2.开关管关断后，通过开关管的电流为零，此时电容由充电变为放电状态，输入电压和谐振电容一起向谐振回路充电，电感上储存的电能转移换到电容上。3.开关管由关断变为导通，此时开关管上电流为零，并且电容上的电压也为零，此时开关管零电流导通。4.开关管导通后，电流上升至最大值后下降，谐振电容的电压保持不变，电容中储存的能量转移到电感。在电路中，必须要有保护电路。E类功率放大器的实际电路图中的保护措施如下：1.为保护MOSFET功率场效应管的发射结，串联了D6和D11二极管。防止被过高的激励电压或阻尼不当引起的的负电压烧坏或击穿。2.二极管D7的作用保护MOSFET功率场效应管，防止功率管因负载网络阻尼过小所产生的负电压击穿或烧坏。3.二极管D8和稳压二级管D14的作用是限制功率管的电压。保证在任何情况下，都不超过功率场效应管的耐压最大值。电路中二极管的选择须满足耐压较高，开关特性好，过电流能力大。功率场效应管属于单极性电压驱动型元器件，优点有高输入阻抗、高工作频率和安全工作区段宽