大功率无线充电领域
发布日期：2018-08-31 15:55
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随着现在科技发展，大功率无线充电技术的应用在现今电动汽车领域、手持电子设备、人体医疗器械、通信领域也都有着非常广泛的应用。
利用电磁互感现象，通过磁场耦合的两个线圈可以完成电能的传输。我们探讨一下如何高效完成电能的传输。这其中涉及到线圈如何绕制、摆放以及如何控制大功率无线充电功率等。
这是我们做实验所使用的线圈。其中大的线圈是电能发射线圈，使用直径为1.1mm的多股纱包线绕制四匝，直径约为260mm。其中通有640kHz的交流电，通过并联电容完成电流谐振，谐振电压为12V。
接收线圈比较小，使用同样的纱包线绕制10匝，直径在80mm左右。
问为什么使用多股纱包线绕制线圈？
这主要是因为要降低发射接收圈的尺寸、减少绕制匝数，所以线圈的电感量都比较小，都在几十微亨左右。为了提高传输电能密度，需要使用高频交流信号进行电能传输。这里使用的是640kHz。高频电流经过导线时，由于“电流趋肤效应”，电流趋向于导线的表面。在20°左右，640kHz的高频交流电流在铜线内电流深度只有0.0825mm。为了增加导线的表面积，降低电流损耗，需要使用多股的纱包线绕制线圈。
将感应接收线圈放在发射线圈中间，它们之间存在电磁耦合。在发射线圈通电以后，就会在接收线圈中产生感应电动势。经过整流之后，便可以形成可以充电的直流电流。
如果负载本身是发光二极管，它自己就可以完成整流，因此LED可以在高频电压驱动下完成整流发光。
实验所用的接受电路，利用C1与接收线圈匹配成谐振回路。使用两个肖特基二极管完成倍压整流，输出电压的最高可以在40V左右。如果使用全波整流，在获得同样的输出电压的情况下，需要将线圈的匝数增加一倍。
根据往届节能比赛数据来看，制作精良的车模可以只消耗200焦耳完成比赛。如果充电功率为20W，那么需要花费10秒钟的时间便可以在储能法拉电容上充入200焦耳的电能。由于今年比赛中将充电时间记入比赛成绩，提高充电功率是减少比赛时间的第一个环节。
电源输出功率受什么限制？
对于一个电源，限制它最大输出功率有两个条件。一是它的额定输出功率。在输出恒压的情况下，输出最大电流就限制了电源输出功率的上限。二是电源的内阻大小。一般稳压电源，在它的额定输出功率下，内阻都很小。对于其它电源，比如上面的感应线圈经过倍压整流吧形成的直流电源，它的内阻就决定了所能够提速的最大功率。
在电路原理课程中，曾经讲过，一个线性电源，如果开路电压是U0，内阻为R0，那么它能够最大输出的功率是在外部负载也是R0的时候产生，此时输出功率为 U0^2/(4*R0)。这个功率是该电源最大可能输出功率。如果这个功率大于电源的额定功率，则电源的最大功率无线充电有它的额定功率决定。
接收线圈电源的内阻未必是恒定的。测试了接收线圈整流后输出电压与输出电流之间的曲线。由于输出电压并不是随着电流增加线性下降，所以对应的电源内阻不是一个常量。输出电压曲线斜率随着电流增加而变大，所以对应的输出动态内阻也增加。
关于大功率无线充电就为大家介绍到这里了，有什么不明白的地方可以和我们联系，我们一定尽力为您解答的。
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