PDF《无线充电技术资料 》

6 品质因数 Eberhard Waffenschmidt,Philips Research 对于不同的绕组布置,如体积和形状相同,则线圈电感 L 与电阻 R 的比率维持不 变.因此,可将此比率值作为区分不同线圈结构的品质因数.品质因数 Q 即按此 比率定义. 电感中同一电流下产生的电压与频率 f 成比例关系,因而与设备的视在功率有 关.品质因数的一般定义以设备视在功率与功率损耗的比率为基础.按此定义, 线圈的品质因数可表示为: 其中ω = 2πf: 品质因数Q的范围介于

0 至无穷大.然而,线圈的品质因数在技术上很难超逾 1000,大多为

100 左右.品质因数低于

10 者则用处不大.此等数值应该被视作 特定数量级. 在工作频率不变的情况下,品质因数Q仅与线圈形状和大小以及所使用的材料一 阶相关.特定技术(如线绕线圈、PCB线圈)可提供特定的品质因数.

7 耦合因数 Eberhard Waffenschmidt,Philips Research 如果接收器线圈和发射器线圈相隔一定的距离, 那么发射器线圈产生的磁通量仅 有一部分能到达接收器线圈,达到电能传输的目的.接收器接收的磁通量越多, 表明两个线圈之间的耦合程度越高.耦合的级别用耦合因数 k 表示. 耦合因数是一个介于

0 和1之间的值.1 表示全耦合,这时产生的磁通量全部被 接收器所接收.0 表示发射器和接收器线圈之间相互独立构成一个系统. 耦合因数与两个感应器之间的距离和它们的相对大小有关, 还与线圈的形状和它 们之间的角度有关.如果最初线圈的中轴是对齐的,任何移位都可能导致 k 值减 小.图6以直径为

30 毫米的平面线圈为例说明移位的影响.该

图表示的是两个 平行线圈在水平方向不同的错位距离上实际测量和计算所得的耦合因数. 耦合因 数一般在 0.3 至0.6 范围之间变动.需要注意的是,如果出现耦合因数为负的情 况,则表示接收器是 从后面 接收磁通量的. 耦合因数的定义表示为: 它是由耦合感应器的相关普通方程组变形而来: 其中,U1和U2表示通过两个线圈所受的电压,I1和I2 表示流入两个线圈的电流, L1和L2 为两个线圈的自感系数,L12为两个耦合线圈的互感系数,而ω = 2πf则 为角频率. 耦合因数可由关于开环电压u的现有等式计算得出: 如果两个线圈的自感值相等,那么开环电压 u 与k相等.

8 反射阻抗 Xun (Ken) Liu, ConvenientPower 反射阻抗 是分析谐振耦合的实用工具.图1(a)显示的是一个耦合电路模型, 通过将电容器(Cs)串联到二次绕组形成谐振槽回路.Rp、Lp、Rs和Ls分别是一 次绕组的电阻和电感及二次绕组的电阻和电感.M是一次和二次绕组的互感,RL 是负载的等效电阻.图1(b)是带反射阻抗的等效一次绕组电路模型. 图1(a) 耦合电路模型 图1(b)带反射阻抗的等效一次绕组电路模型 反射阻抗(Zr)可用以下公式表示: 其中,ReZr 为反射阻抗的实部,需最大化以实现一次绕组的最高效率. 分析上述公式得知,当二次绕组在谐振条件下工作时, 反射阻抗(ReZr)实现最大化,并等于 假设 (如果 ,则在限定频率范围内并无最大值.) 我们还可得知,上述 ReZr 最大值随频率的提高、互感的增强或负载电阻和二次 绕组电阻的降低而增大.但需注意的是,负载电阻的大幅下降可能会影响二次绕 组的效率,因为二次绕组效率等于 事实上, 其他谐振拓扑结构 (如并联谐振或串、 并联组合) 亦可应用于二次绕组, 并可按上述类似方式进行分析和优化. [参考]: X. Liu, W. M. Ng, C. K. Lee and S. Y. R. Hui, Optimal operation of contactless transformers with resonance at secondary circuit , in APEC'