【《基于Qi标准的无线充电系统的关键元件参数设计案例》1700字】

基于Qi标准的无线充电系统的关键元件参数设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7727基于Qi标准的无线充电系统的关键元件参数设计案例 128111.1系统谐振频率的设计 171991.2发射线圈的设计 145541.1.1线圈材质 1262261.2.2线圈的选择 3298711.3谐振电容的设计 3321611.4本系统电感线圈和电容的参数设计 41.1系统谐振频率的设计基于Qi标准的无线充电系统的工作频率通常在87-205kHz[7]。第二章提到系统传输效率与线圈之间互感、内阻和负载与传输效率有直接关系，当两个线圈达到谐振频率或是谐振频率相似时，系统传输效率相对较好。本次匹配终端正常工作状态下接收线圈的波形如图4-1所示，图中得到匹配终端大致工作频率大概在105.4KHz。发射端工作频率应当与匹配终端的工作频率相匹配，因此将此次系统的工作频率确定105.4KHz。图4-1正常工作状态下匹配终端接收线圈的波形1.2发射线圈的设计目前，无线充电系统的耦合线圈的形状主要分为圆形、正三角形以及正方形。也有其他正多边形做为耦合线圈[8]。另外线圈的材质也是设计线圈重要的考虑因素，在合理的选择线圈的材质时，第一个要考虑的是线圈材质对系统的效率影响。1.1.1线圈材质·漆包线漆包线的结构很简单，主要由外表的绝缘层和内部的导体组成，具有一定的性能，如耐热性，耐化学性，良好的导电性，良好的机械性。·丝包线丝包线顾名思义就是用丝线包层的导线，包层大大提高了绝缘强度，有利于导热降低表面温度，常用于大功率应用场景，但是由于丝包线较漆包线粗，所以绕制线圈的时候径值大，误差也较大。（a）（b）图4-2（a）漆包线（b）丝包线·PCB线圈平面PCB线圈比起使用漆包线，丝包线绕制的线圈电感成本更低，根据文献[8]使用传统方式绕制的线圈电感难以做到线圈均匀绕制和每一匝线圈的横截面积相同，制作的线圈误差相比于平面PCB线圈大。同时平面PCB线圈的制作工艺简单，适合于批量生产。设计用1OZ厚度0.2mm宽的铜箔作为PCB线圈，但是当制造出PCB线圈样品时，PCB线圈的内阻相对来说比传统线圈的内阻来的大，随之而来的线圈耦合时损耗加大，效率不高。测量的感量为7.8uH，内阻0.44Ω，品质因数11.09。最终舍弃了使用平面PCB线圈的这个方案。（a）（b）（c）图4-3（a）PCB线圈（b）线圈感量及内阻（c）线圈感量及品质因素1.2.2线圈的选择本次设计使用了线圈是标准的Qi电感线圈，绕制线圈的线径采用0.08mm*105股的丝包线，使用多股细线可以有效降低阻抗损耗和趋肤效应。测试制作的线圈电感量为6.8uH，内阻0.05Ω，品质因数76.29。（a）（b）（c）图4-4（a）本次设计线圈（b）线圈感量及内阻（c）线圈感量及品质因素1.3谐振电容的设计目前，无线充电系统的电容器的选择主要有CBB电容和NPO贴片电容，在选择电容器时，首先要考虑到WPT系统的效率，发射端和接收端的耦合系数是系统效率的影响因素之一，同时发射端和接收端的谐振频率不一致时，WPT系统的传输效率会降低。因此系统需要选择合适的、稳定性好、介质损失小、容值稳定的谐振电容。1.3.1电容的材质·CBB电容CBB电容也称聚丙烯电容。CBB电容的无极性，绝缘阻抗很高，频率特性优异（频率响应宽广），稳定性比较好，而且介质损失很小。能确保信号在传送时，不致有太大的失真情形发生。同时绝缘电阻高，可用于高频电路。但是CBB电容受温度的影响较大。（a）（b）图4-5（a）CBB电容（b）NPO电容·NPO电容NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NPO电容是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。温度系数低适合用于振荡器和高频电路的耦合电容。1.4本系统电感线圈和电容的参数设计在本次的系统设计当中，LC谐振电路主要是由电感线圈和电容组成，它的作用是让能量在电感线圈和电容之间互相转换，也就可以让能量在电能和磁能之间互相转换，在空间中产生一个变化的磁场，并且在接收端感应出电动势，完成能量的传递。·LC串联谐振电路LC串联谐振电路是指将电感器L和电容器C串联形成的电路结构。LC串联谐振电路整个电路端口为阻性，电源、电压、电流同相位[9]。图4-6LC串联谐振电路在本次的系统设计当中，逆变电路的直流侧为恒压输入，因此该逆变电路为电压源型逆变电路，发射端以及接收端都采用LC串联谐振电路结构，电感线圈选择的是0.08mm*105股的丝包线，电感量为6.