E类放大器原理及其在经皮能量传输应用中的研究

摘要

E类功率放大器具有结构简单，转换效率高，高频性能出色等优点。自1975年被提出以来，被广泛应用于无线通信、开关电源、无线能量传输、高频加热等不同领域。虽然E类放大器在工程上的应用已经非常的成熟，但为了解决它在某些应用领域遇到的问题，其基础理论仍然在不断的发展。本文参考目前已提出的E类放大器理论，首先从稳态波形分析的角度逐步深入，提出了三种新的E类放大器理论分析方法。这三种分析方法统称为“E类放大器的三模型分析”。在“调谐状态描述模型”中，首先通过波形分析推导得到理想E类放大器实现最优调谐时驱动占空比与特征电流比之间的一个重要关系；在此基础上进一步研究特征电压、电流波形的描述公式和E类放大器的负载网络；由此得到一种基于稳态波形分析的理想E类放大器参数设计方法。“非调谐状态描述模型”在“调谐状态描述模型”的基础上引入一个描述相移的变量，把调谐状态下驱动占空比与特征电流比之间的关系描述推广到更加普遍的非调谐状态；在波形分析中考虑开关导通电阻，结合非调谐状态的参数关系得出非调谐状态下的E类放大器特征波形描述方法。“扩展阻抗描述模型”通过扩展传统的阻抗概念大大简化了E类放大器的波形分析。使用这种方法可以分析非理想的E类放大器各种状态(无论调谐或非调谐)的稳态波形与电路参数。这种通过阻抗矩阵分析E

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 E 类功率放大器

1.1.1 各类功率放大器

1.1.2 E 类功率放大器

1.2 E 类放大器应用于经皮能量传输

1.3 论文主要内容及结构

第二章 E 类放大器的调谐状态描述模型

2.1 调谐状态下驱动占空比与特征电流比的关系

2.2 调谐状态下vC0 的表达式

2.3 负载网络

2.4 输入输出功率

2.5 理想E 类放大器参数设计

2.6 本章小结

第三章 E 类放大器的非调谐状态描述模型

3.1 被截电压、电流表达式

3.2 非调谐状态下v_(C0) 的表达式

3.3 非调谐状态下θ_D 和θ_(X、φ)的关系

3.4 理想E 类放大器的调谐工作点与非调谐工作点

3.5 本章小结

第四章 E 类放大器的扩展阻抗描述模型

4.1 周期变化电阻与周期变化电导

4.2 频域阻抗矩阵与导纳矩阵

4.3 频域阻抗矩阵应用于E 类放大器分析

4.4 基于扩展阻抗描述模型的E 类放大器设计程序

4.5 扩展阻抗描述模型与最优调谐E 类放大器

4.6 本章小结

第五章 基于E 类放大器驱动的经皮能量传输

5.1 植入式电子设备与经皮能量传输

5.2 基于E 类放大器驱动的经皮能量传输的设计实例

5.2.1 体内接收电路分析

5.2.2 体外发射电路分析

5.2.3 电路设计步骤

5.2.4 设计实例

5.3 关于闭环E 类放大器驱动的讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本论文研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

三模型的MATLAB 程序简介（附录）

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文