磁感应无线充电在电动汽车上的应用第二部分

线圈性能在感应充电中是非常重要的一部分。

在 MI 技术中，发射端利用驱动器连接电容器和线圈产生谐振并发送电磁能，而接收端线圈通过接收电磁能和连接电容器的谐振效应来接收电能。线圈是缠绕在电感器中的一段导线。成为电感的导线上每个位置的信号都是不同的。最大谐振信号幅值出现在线圈和电容器的结点处，远离结点处逐渐减小。

半桥 CL ，单个驱动器将电容器连接到线圈，在电容器-线圈连接的一端产生谐振信号，而线圈的另一端接地，因此没有谐振信号。

全桥CL与半桥 CL的区别在于原来的线圈接地端改为驱动器，驱动器和另一个驱动器是反相信号。由于电容和线圈触点与另一端反向驱动，其驱动力相当于半桥模式的2倍，所以谐振信号幅度也很大。与线圈直接相连的驱动器不产生共振，只有驱动信号。只有与电容器相连的线圈一端会产生谐振信号。

全桥CLC，线圈两端装有谐振电容和驱动器，线圈两端产生谐振信号。谐振信号是反相的。这种结构使线圈在两端产生最大的谐振信号幅度，使线圈能够发出最大的电磁能量。

发射端和接收端均采用CLC结构，可以充分发挥线圈传输能力。发射线圈端和接收线圈端对应的位置为谐振信号幅度最大出现的地方;实际测试中，5cm*5cm的线圈可以传输500W的能量，线圈之间的功率密度非常高;在相同的功率密度下，通过加大线圈可以提高发射功率。如果将线圈尺寸放大到50cm×50cm，可以轻松传输5KW以上的电力。因此，MI技术可以满足电动汽车充电功率的需求。

大功率MI线圈生产技术

MI感应范围窄，能量只在线圈导体周围有良好的感应。在CLC结构中，线圈的两端在与电容器的连接处振幅最大，因此具有最大的电磁能量接收和发射能力。线圈的两端为反相信号。在螺旋绕线方式中，最外层和最内层线圈为反相信号，最外层和最内层线圈之间的信号最弱。

如果采用传统的绕线方式，当线圈变大时，最外层线圈和最内层线圈之间会出现一大段没有感应能力的导线，线圈阻抗会增加，从而使效率变差。如图 6 发射线圈制作示例所示，线圈外侧和内侧的线端谐振幅度最大，采用窄间距绕线方式，提供最大的电磁能量传输能力;在导线的中点，幅值信号最小，采用宽间距绕制方式，缩短导线长度，降低导线阻抗。

当两个具有相同绕组方式的大线圈感应相互靠近时，会发生过耦合现象，即发射线圈的驱动能量完全转移到接收线圈，不能产生谐振。如图7所示，为防止大线圈在感应距离较近的情况下出现过耦合现象，将接收线圈中较宽的间距所产生的间隙位置与发射线圈的间隙位置错开。得到的发射线圈和接收线圈虽然外形尺寸相同，但内部结构不同。即使线圈完全对齐并闭合，线圈中的间隙位置也是错开的，因此导线不会完全重合。

在 MI 技术中，增加线圈尺寸以增加感应范围。但是，线圈尺寸的增加会由于线圈绕组数的增加而导致阻抗的增加和效率的降低。当发射线圈和接收线圈之间的感应距离因线圈尺寸增加而过近时，会发生过耦合，难以谐振。上述两个问题都可以通过可变间隙线圈绕制方法来解决。

磁感应具有成本低的优点

MI技术中，线圈结构简单，实际工作中线圈的工作频率在100KHz左右。电路设计采用通用部件，采购方便，成本相对较低。MI驱动器是一般开关电源系统中常见的MOSFET元件，易销且便宜。谐振电容MLCC和C0G/NP0近年来在手机无线充电应用中得到广泛应用。市场流通量较大，容易获得;肖特基二极管在接收器上用作整流器，也是电力系统中常用的元件。

接收端的MOSFET和谐振电容与发射端的MOSFET和谐振电容通用，零件易得，成本低。市面上的手机无线充电多为MI技术，内部线圈已经标准化。现成的产品可以直接在市场上购买。由于厂家众多，标准化线圈的成本也较低。电动汽车无线充电仍处于发展阶段，其线圈元件尚未标准化。目前，大线圈为定制产品，而MI技术所用的线圈由线材和磁性材料制成，结构简单，生产技术壁垒低。

磁感应并联拓扑

如果选用高规格的元器件来提高发射功率，则元器件获取难度大，成本高。为扩大传输功率，可采用多根导线并联MI线圈，制成低阻抗线圈，以增加载流能力。每根线单独连接驱动器和整流器，单个驱动器和整流器保持使用通用规格元件，在扩大发射功率后可以保持低成本和易获得的优势。在实践中，每根带驱动器和整流器的线可以承载最大 10A 的电流，如图 10 MI 并联线圈驱动器和整流器拓扑所示。

图中三组驱动器和三组整流器分别连接到由三根导线组成的线圈上。发射端的三组驱动器分别接谐振电容，再接线圈。三个发射线圈并联，以保持发射信号的一致性。这种设计分散了驱动器电流并扩大了功率输出。接收端线圈实体是由三根导线平行绕制而成的单线圈。三组接收线圈分别与三组整流器相连。经整流器输出后，输出并联供后端负载使用。单个整流器保持使用通用规格元件。这种拓扑结构可以扩展传输功率并保持低成本。

用于电动汽车应用的磁感应无线充电

无线充电商业化的关键是价格，这取决于生产成本。MI技术结构简单，元器件容易获得。可传输的最大功率和感应距离与MR技术相差不大。MI技术安全机制完备，输电线圈金属异物检测可准确识别金属异物，无需额外检测线圈;线圈很容易制作。通过改变导线间隙的方法可以制成低阻抗、高效率的线圈，在距离范围内可以正常工作;输出功率在并联线圈中扩展。可以使用低成本组件生产高功率无线充电模块。

过去，电动汽车无线充电的应用与MR技术直接相关。近年来，MI技术的量产技术成熟，在传输效率、最大传输功率和感应范围等方面都取得了进步。MI技术的低成本优势有望推动电动汽车无线充电的普及。