大功率MI線圈生產(chǎn)技術(shù)

MI感應(yīng)范圍窄，能量只在線圈導(dǎo)體周圍有良好的感應(yīng)。在CLC結(jié)構(gòu)中，線圈的兩端在與電容器的連接處振幅最大，因此具有最大的電磁能量接收和發(fā)射能力。線圈的兩端為反相信號。在螺旋繞線方式中，最外層和最內(nèi)層線圈為反相信號，最外層和最內(nèi)層線圈之間的信號最弱。

如果采用傳統(tǒng)的繞線方式，當(dāng)線圈變大時，最外層線圈和最內(nèi)層線圈之間會出現(xiàn)一大段沒有感應(yīng)能力的導(dǎo)線，線圈阻抗會增加，從而使效率變差。如圖 6 發(fā)射線圈制作示例所示，線圈外側(cè)和內(nèi)側(cè)的線端諧振幅度最大，采用窄間距繞制方式，提供最大的電磁能量傳輸能力;在導(dǎo)線的中點，幅值信號最小，采用寬間距繞制方式，縮短導(dǎo)線長度，降低導(dǎo)線阻抗。

當(dāng)兩個具有相同繞組方式的大線圈感應(yīng)相互靠近時，會發(fā)生過耦合現(xiàn)象，即發(fā)射線圈的驅(qū)動能量完全轉(zhuǎn)移到接收線圈，不能產(chǎn)生諧振。為防止大線圈在感應(yīng)距離較近的情況下出現(xiàn)過耦合現(xiàn)象，將接收線圈中較寬的間距所產(chǎn)生的間隙位置與發(fā)射線圈的間隙位置錯開。得到的發(fā)射線圈和接收線圈雖然外形尺寸相同，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。即使線圈完全對齊并閉合，線圈中的間隙位置也是錯開的，因此導(dǎo)線不會完全重合。

在 MI 技術(shù)中，增加線圈尺寸以增加感應(yīng)范圍。但是，線圈尺寸的增加會由于線圈繞組數(shù)的增加而導(dǎo)致阻抗的增加和效率的降低。當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈之間的感應(yīng)距離因線圈尺寸增加而過近時，會發(fā)生過耦合，難以諧振。上述兩個問題都可以通過可變間隙線圈繞制方法來解決。

磁感應(yīng)具有成本低的優(yōu)點

MI技術(shù)中，線圈結(jié)構(gòu)簡單，實際工作中線圈的工作頻率在100KHz左右。電路設(shè)計采用通用部件，采購方便，成本相對較低。MI驅(qū)動器是一般開關(guān)電源系統(tǒng)中常見的MOSFET元件，易銷且便宜。諧振電容MLCC和C0G/NP0近年來在手機無線充電應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。市場流通量較大，容易獲得;肖特基二極管在接收器上用作整流器，也是電力系統(tǒng)中常用的元件。

接收端的MOSFET和諧振電容與發(fā)射端的MOSFET和諧振電容通用，零件易得，成本低。市面上的手機無線充電多為MI技術(shù)，內(nèi)部線圈已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。現(xiàn)成的產(chǎn)品可以直接在市場上購買。由于廠家眾多，標(biāo)準(zhǔn)化線圈的成本也較低。電動汽車無線充電仍處于發(fā)展階段，其線圈元件尚未標(biāo)準(zhǔn)化。目前，大線圈為定制產(chǎn)品，而MI技術(shù)所用的線圈由線材和磁性材料制成，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)技術(shù)壁壘低。

磁感應(yīng)并聯(lián)拓撲

如果選用高規(guī)格的元器件來提高發(fā)射功率，則元器件獲取難度大，成本高。為擴大傳輸功率，可采用多根導(dǎo)線并聯(lián)MI線圈，制成低阻抗線圈，以增加載流能力。每根線單獨連接驅(qū)動器和整流器，單個驅(qū)動器和整流器保持使用通用規(guī)格元件，在擴大發(fā)射功率后可以保持低成本和易于獲得的優(yōu)勢。在實踐中，每根帶驅(qū)動器和整流器的線可以承載最大 10A 的電流，如圖 10 MI 并聯(lián)線圈驅(qū)動器和整流器拓撲所示。

圖中三組驅(qū)動器和三組整流器分別連接到由三根導(dǎo)線組成的線圈上。發(fā)射端的三組驅(qū)動器分別接諧振電容，再接線圈。三個發(fā)射線圈并聯(lián)，以保持發(fā)射信號的一致性。這種設(shè)計分散了驅(qū)動器電流并擴大了功率輸出。接收端線圈實體是由三根導(dǎo)線平行繞制而成的單線圈。三組接收線圈分別與三組整流器相連。經(jīng)整流器輸出后，輸出并聯(lián)供后端負載使用。單個整流器保持使用通用規(guī)格元件。這種拓撲結(jié)構(gòu)可以擴展傳輸功率并保持低成本。

用于電動汽車應(yīng)用的磁感應(yīng)無線充電

無線充電商業(yè)化的關(guān)鍵是價格，這取決于生產(chǎn)成本。MI技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，元器件容易獲得。可傳輸?shù)淖畲蠊β屎透袘?yīng)距離與MR技術(shù)相差不大。MI技術(shù)安全機制完備，輸電線圈金屬異物檢測可準(zhǔn)確識別金屬異物，無需額外檢測線圈;線圈很容易制作。通過改變導(dǎo)線間隙的方法可以制成低阻抗、高效率的線圈，在距離范圍內(nèi)可以正常工作;輸出功率在并聯(lián)線圈中擴展。可以使用低成本組件生產(chǎn)高功率無線充電模塊。

過去，電動汽車無線充電的應(yīng)用與MR技術(shù)直接相關(guān)。近年來，MI技術(shù)的量產(chǎn)技術(shù)成熟，在傳輸效率、最大傳輸功率和感應(yīng)范圍等方面都取得了進步。MI技術(shù)的低成本優(yōu)勢有望推動電動汽車無線充電的普及。

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