JSSC 2024第6期RF & WirelessPower Amplifier

A 27 W Wireless Power Transceiver With Compact Single-Stage Regulated Class-E Ar

提出一种27W无线功率收发器，采用紧凑单级调节Class-E架构，提升系统效率。

27W, 6.78MHz, 63.0% E2E效率, 80.0%峰值E2E效率

无线功率收发器Class-EGaN晶体管自适应死区控制高效率

▸创新点1：单级调节Class-E架构（系统创新）。将buck转换器与Class-E功率放大器合并为单一转换级，节省了一个电感和一个电容，显著提高了系统效率（峰值效率达83.7%），同时支持27W高功率输出。

▸创新点2：自适应占空比ZVS控制器（方法创新）。通过动态调节占空比实现零电压开关，无需外部阻抗调谐模块，解决了传统Class-E需固定50%占空比的限制，降低了系统复杂度和体积。

▸创新点3：HV-NMOS屏蔽推挽比较器（电路创新）。采用高压NMOS屏蔽技术直接检测高电压信号，无需电阻分压器，提升了电压检测精度（2.8ns快速上升沿）并避免信号失真。

▸创新点4：基于S/H反馈的自适应死区控制（方法创新）。通过采样保持环路动态优化死区时间，减少buck级反向导通和恢复损耗，进一步提升整体效率（E2E效率达80%）。

Abstract

This work presents a reconfigurable single-stage regulated Class-E (SSRE) wireless power transceiver that deliv- ers 27 W for wireless charging at 6.78 MHz. The power stage of the transmitter merges a buck and a Class-E power amplifier (PA) into one conversion stage, saving one inductor and one capacitor with improved system efficiency. Instead of using a bulky external impedance tuning block to ensure a 50% duty cycle operating point, the proposed Class-E zero-voltage switching (ZVS) controller