線圈性能在感應(yīng)充電中是非常重要的一部分。

在 MI 技術(shù)中，發(fā)射端利用驅(qū)動(dòng)器連接電容器和線圈產(chǎn)生諧振并發(fā)送電磁能，而接收端線圈通過(guò)接收電磁能和連接電容器的諧振效應(yīng)來(lái)接收電能。線圈是纏繞在電感器中的一段導(dǎo)線。成為電感的導(dǎo)線上每個(gè)位置的信號(hào)都是不同的。最大諧振信號(hào)幅值出現(xiàn)在線圈和電容器的結(jié)點(diǎn)處，遠(yuǎn)離結(jié)點(diǎn)處逐漸減小。

半橋 CL ，單個(gè)驅(qū)動(dòng)器將電容器連接到線圈，在電容器-線圈連接的一端產(chǎn)生諧振信號(hào)，而線圈的另一端接地，因此沒(méi)有諧振信號(hào)。

全橋CL與半橋 CL的區(qū)別在于原來(lái)的線圈接地端改為驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器和另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器是反相信號(hào)。由于電容和線圈觸點(diǎn)與另一端反向驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)力相當(dāng)于半橋模式的2倍，所以諧振信號(hào)幅度也很大。與線圈直接相連的驅(qū)動(dòng)器不產(chǎn)生共振，只有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。只有與電容器相連的線圈一端會(huì)產(chǎn)生諧振信號(hào)。

全橋CLC，線圈兩端裝有諧振電容和驅(qū)動(dòng)器，線圈兩端產(chǎn)生諧振信號(hào)。諧振信號(hào)是反相的。這種結(jié)構(gòu)使線圈在兩端產(chǎn)生最大的諧振信號(hào)幅度，使線圈能夠發(fā)出最大的電磁能量。

發(fā)射端和接收端均采用CLC結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮線圈傳輸能力。發(fā)射線圈端和接收線圈端對(duì)應(yīng)的位置為諧振信號(hào)幅度最大出現(xiàn)的地方;實(shí)際測(cè)試中，5cm*5cm的線圈可以傳輸500W的能量，線圈之間的功率密度非常高;在相同的功率密度下，通過(guò)加大線圈可以提高發(fā)射功率。如果將線圈尺寸放大到50cm×50cm，可以輕松傳輸5KW以上的電力。因此，MI技術(shù)可以滿足電動(dòng)汽車充電功率的需求。

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(hào)。在螺旋繞線方式中，最外層和最內(nèi)層線圈為反相信號(hào)，最外層和最內(nèi)層線圈之間的信號(hào)最弱。

如果采用傳統(tǒng)的繞線方式，當(dāng)線圈變大時(shí)，最外層線圈和最內(nèi)層線圈之間會(huì)出現(xiàn)一大段沒(méi)有感應(yīng)能力的導(dǎo)線，線圈阻抗會(huì)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，采用窄間距繞線方式，提供最大的電磁能量傳輸能力;在導(dǎo)線的中點(diǎn)，幅值信號(hào)最小，采用寬間距繞制方式，縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度，降低導(dǎo)線阻抗。

當(dāng)兩個(gè)具有相同繞組方式的大線圈感應(yīng)相互靠近時(shí)，會(huì)發(fā)生過(guò)耦合現(xiàn)象，即發(fā)射線圈的驅(qū)動(dòng)能量完全轉(zhuǎn)移到接收線圈，不能產(chǎn)生諧振。如圖7所示，為防止大線圈在感應(yīng)距離較近的情況下出現(xiàn)過(guò)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(cuò)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(duì)齊并閉合，線圈中的間隙位置也是錯(cuò)開的，因此導(dǎo)線不會(huì)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(huì)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(guò)近時(shí)，會(huì)發(fā)生過(guò)耦合，難以諧振。上述兩個(gè)問(wèn)題都可以通過(guò)可變間隙線圈繞制方法來(lái)解決。

磁感應(yīng)具有成本低的優(yōu)點(diǎn)

MI技術(shù)中，線圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)際工作中線圈的工作頻率在100KHz左右。電路設(shè)計(jì)采用通用部件，采購(gòu)方便，成本相對(duì)較低。MI驅(qū)動(dòng)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(lái)在手機(jī)無(wú)線充電應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)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(jī)無(wú)線充電多為MI技術(shù)，內(nèi)部線圈已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)成的產(chǎn)品可以直接在市場(chǎng)上購(gòu)買。由于廠家眾多，標(biāo)準(zhǔn)化線圈的成本也較低。電動(dòng)汽車無(wú)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(jiǎn)單，生產(chǎn)技術(shù)壁壘低。

磁感應(yīng)并聯(lián)拓?fù)?

如果選用高規(guī)格的元器件來(lái)提高發(fā)射功率，則元器件獲取難度大，成本高。為擴(kuò)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(dú)連接驅(qū)動(dòng)器和整流器，單個(gè)驅(qū)動(dòng)器和整流器保持使用通用規(guī)格元件，在擴(kuò)大發(fā)射功率后可以保持低成本和易獲得的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)踐中，每根帶驅(qū)動(dòng)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(dòng)器和整流器拓?fù)渌尽?

圖中三組驅(qū)動(dòng)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(dòng)器分別接諧振電容，再接線圈。三個(gè)發(fā)射線圈并聯(lián)，以保持發(fā)射信號(hào)的一致性。這種設(shè)計(jì)分散了驅(qū)動(dòng)器電流并擴(kuò)大了功率輸出。接收端線圈實(shí)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(fù)載使用。單個(gè)整流器保持使用通用規(guī)格元件。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展傳輸功率并保持低成本。

用于電動(dòng)汽車應(yīng)用的磁感應(yīng)無(wú)線充電

無(wú)線充電商業(yè)化的關(guān)鍵是價(jià)格，這取決于生產(chǎn)成本。MI技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件容易獲得?？蓚鬏?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(jī)制完備，輸電線圈金屬異物檢測(cè)可準(zhǔn)確識(shí)別金屬異物，無(wú)需額外檢測(cè)線圈;線圈很容易制作。通過(guò)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(kuò)展?？梢允褂玫统杀窘M件生產(chǎn)高功率無(wú)線充電模塊。

過(guò)去，電動(dòng)汽車無(wú)線充電的應(yīng)用與MR技術(shù)直接相關(guān)。近年來(lái)，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(jìn)步。MI技術(shù)的低成本優(yōu)勢(shì)有望推動(dòng)電動(dòng)汽車無(wú)線充電的普及。