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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:俞皓文
研究生(外文):Hao-Wen Yu
論文名稱:自動匹配E類功率放大器
論文名稱(外文):Automatic Matching for Class-E Power Amplifier
指導教授:邱弘緯邱弘緯引用關係
指導教授(外文):Chiu Hung Wei
口試委員:許晉瑋黃育賢陳筱青邱弘緯
口試日期:2018-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:電感耦合無線傳電E類功率放大器自動匹配
外文關鍵詞:inductive couplingwireless chargingClass-E Power Amplifierautomatic matching
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本論文建立於一般E類功率放大器的系統架構,配合微處理器(MCU)LPC1768在RLC匹配上面去偵測參數做出一個自動的匹配。傳統E類功率放大器要達到傳遞的最佳能量效率值,必須經過阻抗匹配、耦合線圈的分析與設計等複雜的計算還有不斷的驗證才能找出最合適的RLC匹配值。本研究中利用電感耦合式E類功率放大器來達到無線傳電的功能,再用微處理器中的類比數位轉換器(ADC)去偵測一次側與二次側的功率值,進行各個電容與已知電感的效率進行比對,找出一個最適當也是效率最佳的效率值。其次,在二次側的部分加入橋式整流電路,經由整流之後產生直流電,即可對此做出應用。
In this thesis, establishment of Class-E Power Amplifier structure, with MCU detecting parameters in order to finish automatic matching at RLC. To transfer the best power efficiency with traditional Class-E Power Amplifier, it has to go through impedance matching, analysis and design of coupling coil and other complicated calculation, at last, verifying constantly to find the most suitable RLC matching parameters. In the study, using inductive coupling Class-E Power Amplifier to wireless charging. MCU detects efficiency of primary and secondary side, comparison their efficiency with variety capacitance and known inductance and find the most suitable as well the best efficient of it. Finally, bridge rectifier was joined in the secondary side. By using it, it will generate DC power, and we can do some application with it.
摘要 i
Abstract ii
誌 謝 iv
第一章 緒論 1
1.1 研究 1
1.2 研究方法 3
1.3 論文架構 3
第二章 無線傳電功率放大器 4
2.1 E類功率放大器 4
2.2 自感與互感 12
2.2.1 自感(Self-Inductance) 12
2.2.2 互感(Mutual-Inductance) 12
2.2.3 耦合係數(coefficient of coupling) 14
2.3 電感耦合式E類功率放大器 15
2.3.1 電感耦合式E類功率放大器 15
2.3.2 電感耦合等效阻抗 16
2.3.3 耦合等效阻抗分析 17
第三章 無線充電系統架構 19
3.1 系統架構 19
3.2 降壓轉換器 20
3.3 E類功率放大器架構 22
3.3.1 電容切換電路 22
3.3.2 儀表放大器 23
3.3.3 橋式整流 27
3.4 MCU 31
3.4.1 Interface 33
3.4.2 TFT LCD Touch Screen 34
3.4.3 LPC1768脈衝寬度調變PWM 36
3.4.4 LPC1768 –類比數位轉換ADC 38
3.4.4.1 儀表放大器輸出 45
3.4.4.2 二次側負載電壓 46
3.4.5 RTC 47
第四章 E類功率放大器測量數據 49
4.1 Buck降壓轉換器 52
4.2 電感耦合式E類功率放大器設計 54
4.2.1 線材比較[7] 58
4.2.1.1 李茲線(Litz wire) 58
4.2.1.2絲包線(USTC wire) 59
4.3 系統量測 60
4.3.1 量測效率進行最佳組合計算 61
4.3.2 量測VDS端波型 64
4.3.2.1 並聯電容數值紀錄(垂直4cm) 74
4.3.2.2 並聯電容數值紀錄(垂直6cm) 78
4.3.2.3 並聯電容數值紀錄(水平5cm) 82
4.3.3 總結整理 84
4.4 程式設定 85
4.4.1 量測效率進行最佳組合計算 85
4.4.2 量測VDS端波型 86
第五章 結論與未來展望 89
5.1 結論 89
5.2 未來展望 90
參考文獻 91
[1] https://chinese.engadget.com/2018/02/24/apple-airpower-may-launch-in-march/ 圖片參考
[2] https://udn.com/news/story/6811/3098868?from=udn-catelistnews_ch2 聯合新聞網
[3] https://money.udn.com/money/story/10868/3098497 圖片參考
[4] http://www.yscar.bnet.tw/ch/product1_n.php?gid=1&sid=2 圖片參考
[5] N. O. Sokal and A. D. Sokal, “Class-E-A new class of high efficiency tuned single-ended switching power amplifiers,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 10, pp. 168-176, Jun. 1975.
[6] Grebennikov , N.O.Sokal , Switch-mode RF Power Amplifier , Newnes , 2011.
[7] 薛心太,無線電能轉換晶片與系統,碩士論文,國立臺北科技大學電腦與通訊研究所,台北,2014.
[8] 盧建智,應用於高效率無線充電系統之電感耦合E類放大器,碩士論文,國立台北科技大學電腦與通訊研究所,台北,2011.
[9] Grebennikov , N.O.Sokal , Switch-mode RF Power Amplifier , Newnes , 2007.
[10] http://www.chine.com.tw/litz.htm錡昌企業有限公司
[11] http://www.floodlit.com.tw/ch_pro_3.html豐盛企業有限公司
[12] http://www.tiea.com.tw/member03/product.htm 圖片參考
[13] http://www.globalspec.com/learnmore/wire_connectors_interconnects/wire_cable/litz_wire圖片參考
[14] Nathan O. Sokal, “Class-E RF Power Amplifier”, WA1HQC of Design Automation, Lexington, Feb 2001, pp.9-20
[15] Andrei Grebennikov , RF and Mivrowave Power Amplifier Design, McGraw-Hill , 2005.
[16] Y. Jang and M. M. Jovanovic, “A contactless electrical energy transmission system for portable-telephone battery chargers ”, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 50, no. 3, pp. 520-527, Jun. 2003.
[17] Qianqian Liu, Victor Adrian, Bah-Hwee Gwee and Joseph S. Chang, “A class-E RF power amplifier with a novel matching network for high-efficiency dynamic load modulation”, 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 28 Sep. 2017.
[18] Texas Instruments , INAx126 MicroPower Instrumentation Amplifier Single and Dual Versions, September, 2000.
[19] Texas Instruments , OPAx365 50-MHz, Zerø-Crossover, Low-Distortion, High CMRR, RRI/O, Single-Supply Operational Amplifier, June, 2006.
[20] Donald J. Kessler and Marian K. Kazimierczuk, “Power Losses and Efficiency of Class-E Power Amplifier at Any Duty Ratio”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol.51, NO. 9, September, 2004.
[21] Daniela De Venuto , Giovanni Mezzina, and Jan Rabaey, “Automatic 3D Design for Efficiency Optimization of a Class E Power Amplifier”, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—II: EXPRESS BRIEFS, vol. 65, NO. 2, February 2018.
[22] Qianqian Liu, Victor Adrian, Bah-Hwee Gwee, “A Class-E RF Power Amplifier with a Novel Matching Network for High-Efficiency Dynamic Load Modulation”, 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), May, 2017.
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