耦合式無線充電系統設計記錄 1

1.設計過程

圖1 發射線圈自感

圖2 接收線圈自感

由於2023年最新推出的國標，gb38775-2020裡面規定了汽車諧振式無線充電頻率為75~90khz，這裡測試頻率定位100k如下圖所示

圖3 發射線圈激勵訊號

把兩個線圈疊起來觀察接收線圈的電壓波形

圖4 發射接收線圈重疊

圖5 接收線圈波形

圖6 發射線圈波形

在這裡我遇到了乙個問題，為什麼函式訊號發生器設定了訊號的vpp為20v，但是接上線圈之後僅有1v左右？後來發現是函式訊號發生器的驅動能力不足導致，具體測試在下面會敘說。

由於本設計是針對小車的無線充電，小車的底盤高一般為5cm，由於條件限制，下面用乙個5cm的盒子隔開兩個線圈，由於盒子是紙皮的，所以不會產生渦流故不會影響本次實驗。

圖7 兩個線圈用5cm高的紙皮盒子隔開

圖8 距離5cm時接收線圈電壓波形

我們發現隨著距離的變大，輸出電壓有效值從514mv變為98mv，輸出電壓減小了80%，其實這種發射和接收方式就是耦合式無線充電，我們可以看到它對距離極度敏感，而共振式理論上應比耦合式在距離上面更優越，具體的情況可以跟蹤我的推文

加入電容補償後(電容計算公式就是lc諧振計算公式)，出現了乙個問題我想要測量函式訊號發生器到傳送側lc諧振電路的電流，只要電流錶一接上輸出立刻就沒電壓了，猜測是驅動能力不足，當我把函式訊號發生器用電流錶短路後發現，輸出電流僅為359.5ua。

圖9 函式訊號發生器最大輸出電流

所以我把發射側諧振電容撤去，增大發射側的阻抗，這時候可以測出電流了，當接收線圈空載時(接收線圈使用電容補償)，流過發射線圈的電流為：

圖10 接收線圈空載時發射線圈電流

接收線圈帶了20歐姆的負載時，電流為

圖11 接收線圈接入20歐的負載時發射線圈電流

在這裡印證了s-s補償的特性，當負載阻值越大的時候，發射線圈的電流是越大的，從上面的實驗就可以得到，空載的時候輸出電阻無窮大，所以電流要比帶載要大。這個可以用理論來驗證，如果有時間我會發這個驗證的推文

2.總結

①發射線圈和接收線圈的自感太小導致互感也小，所以要增加匝數

②函式訊號發生器不能滿足實驗要求，將採用半橋逆變器來代替

3.說明

本推文僅做互相交流學習用，本人才疏學淺如有誤歡迎各位指正，也歡迎在做無線充電的朋友一起交流學習~