基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電系統(tǒng)的關(guān)鍵元件參數(shù)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7727基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電系統(tǒng)的關(guān)鍵元件參數(shù)設(shè)計(jì)案例 128111.1系統(tǒng)諧振頻率的設(shè)計(jì) 171991.2發(fā)射線圈的設(shè)計(jì) 145541.1.1線圈材質(zhì) 1262261.2.2線圈的選擇 3298711.3諧振電容的設(shè)計(jì) 3321611.4本系統(tǒng)電感線圈和電容的參數(shù)設(shè)計(jì) 41.1系統(tǒng)諧振頻率的設(shè)計(jì)基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電系統(tǒng)的工作頻率通常在87-205kHz[7]。第二章提到系統(tǒng)傳輸效率與線圈之間互感、內(nèi)阻和負(fù)載與傳輸效率有直接關(guān)系，當(dāng)兩個(gè)線圈達(dá)到諧振頻率或是諧振頻率相似時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率相對(duì)較好。本次匹配終端正常工作狀態(tài)下接收線圈的波形如圖4-1所示，圖中得到匹配終端大致工作頻率大概在105.4KHz。發(fā)射端工作頻率應(yīng)當(dāng)與匹配終端的工作頻率相匹配，因此將此次系統(tǒng)的工作頻率確定105.4KHz。圖4-1正常工作狀態(tài)下匹配終端接收線圈的波形1.2發(fā)射線圈的設(shè)計(jì)目前，無(wú)線充電系統(tǒng)的耦合線圈的形狀主要分為圓形、正三角形以及正方形。也有其他正多邊形做為耦合線圈[8]。另外線圈的材質(zhì)也是設(shè)計(jì)線圈重要的考慮因素，在合理的選擇線圈的材質(zhì)時(shí)，第一個(gè)要考慮的是線圈材質(zhì)對(duì)系統(tǒng)的效率影響。1.1.1線圈材質(zhì)·漆包線漆包線的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要由外表的絕緣層和內(nèi)部的導(dǎo)體組成，具有一定的性能，如耐熱性，耐化學(xué)性，良好的導(dǎo)電性，良好的機(jī)械性。·絲包線絲包線顧名思義就是用絲線包層的導(dǎo)線，包層大大提高了絕緣強(qiáng)度，有利于導(dǎo)熱降低表面溫度，常用于大功率應(yīng)用場(chǎng)景，但是由于絲包線較漆包線粗，所以繞制線圈的時(shí)候徑值大，誤差也較大。（a）（b）圖4-2（a）漆包線（b）絲包線·PCB線圈平面PCB線圈比起使用漆包線，絲包線繞制的線圈電感成本更低，根據(jù)文獻(xiàn)[8]使用傳統(tǒng)方式繞制的線圈電感難以做到線圈均勻繞制和每一匝線圈的橫截面積相同，制作的線圈誤差相比于平面PCB線圈大。同時(shí)平面PCB線圈的制作工藝簡(jiǎn)單，適合于批量生產(chǎn)。設(shè)計(jì)用1OZ厚度0.2mm寬的銅箔作為PCB線圈，但是當(dāng)制造出PCB線圈樣品時(shí)，PCB線圈的內(nèi)阻相對(duì)來(lái)說(shuō)比傳統(tǒng)線圈的內(nèi)阻來(lái)的大，隨之而來(lái)的線圈耦合時(shí)損耗加大，效率不高。測(cè)量的感量為7.8uH，內(nèi)阻0.44Ω，品質(zhì)因數(shù)11.09。最終舍棄了使用平面PCB線圈的這個(gè)方案。（a）（b）（c）圖4-3（a）PCB線圈（b）線圈感量及內(nèi)阻（c）線圈感量及品質(zhì)因素1.2.2線圈的選擇本次設(shè)計(jì)使用了線圈是標(biāo)準(zhǔn)的Qi電感線圈，繞制線圈的線徑采用0.08mm*105股的絲包線，使用多股細(xì)線可以有效降低阻抗損耗和趨膚效應(yīng)。測(cè)試制作的線圈電感量為6.8uH，內(nèi)阻0.05Ω，品質(zhì)因數(shù)76.29。（a）（b）（c）圖4-4（a）本次設(shè)計(jì)線圈（b）線圈感量及內(nèi)阻（c）線圈感量及品質(zhì)因素1.3諧振電容的設(shè)計(jì)目前，無(wú)線充電系統(tǒng)的電容器的選擇主要有CBB電容和NPO貼片電容，在選擇電容器時(shí)，首先要考慮到WPT系統(tǒng)的效率，發(fā)射端和接收端的耦合系數(shù)是系統(tǒng)效率的影響因素之一，同時(shí)發(fā)射端和接收端的諧振頻率不一致時(shí)，WPT系統(tǒng)的傳輸效率會(huì)降低。因此系統(tǒng)需要選擇合適的、穩(wěn)定性好、介質(zhì)損失小、容值穩(wěn)定的諧振電容。1.3.1電容的材質(zhì)·CBB電容CBB電容也稱聚丙烯電容。CBB電容的無(wú)極性，絕緣阻抗很高，頻率特性優(yōu)異（頻率響應(yīng)寬廣），穩(wěn)定性比較好，而且介質(zhì)損失很小。能確保信號(hào)在傳送時(shí)，不致有太大的失真情形發(fā)生。同時(shí)絕緣電阻高，可用于高頻電路。但是CBB電容受溫度的影響較大。（a）（b）圖4-5（a）CBB電容（b）NPO電容·NPO電容NPO是一種最常用的具有溫度補(bǔ)償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。NPO電容是電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容器之一。溫度系數(shù)低適合用于振蕩器和高頻電路的耦合電容。1.4本系統(tǒng)電感線圈和電容的參數(shù)設(shè)計(jì)在本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，LC諧振電路主要是由電感線圈和電容組成，它的作用是讓能量在電感線圈和電容之間互相轉(zhuǎn)換，也就可以讓能量在電能和磁能之間互相轉(zhuǎn)換，在空間中產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，并且在接收端感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，完成能量的傳遞?！C串聯(lián)諧振電路LC串聯(lián)諧振電路是指將電感器L和電容器C串聯(lián)形成的電路結(jié)構(gòu)。LC串聯(lián)諧振電路整個(gè)電路端口為阻性，電源、電壓、電流同相位[9]。圖4-6LC串聯(lián)諧振電路在本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，逆變電路的直流側(cè)為恒壓輸入，因此該逆變電路為電壓源型逆變電路，發(fā)射端以及接收端都采用LC串聯(lián)諧振電路結(jié)構(gòu)，電感線圈選擇的是0.08mm*105股的絲包線，電感量為6.