▌01 无线充电系统

1.背景

在昨天(2021-02-09)无线充电系统的功率与效率 的文章在 公众号(TSINGHUAZHUOQING) 发出之后，张斌给出了两点建议：

谐振电容要用c0g的，而且要注意电压电流应力，不能用x7r，其容值会变。串串补漏感和自感都可以。发射端用LCC补偿，可实现有无接收端时发射线圈都恒流，更适合比赛，现在ev无线充电也是这样做的。
利兹线的漆包要烫透（不冒黑色泡为止，沾松香水后用锡炉烫更好），否则线圈的阻会影响效率。无线充电系统有个最优负载的概念，大家可以查查文献。耦合系数k，线圈的交流阻，最优负载，三个主要因素直接影响效率。

其中关于功率部分采用LCC拓扑结构可以在无负载情况下形成输出恒流的特性会提高系统在运行动态过程中的可靠性。下面通过查找相关论文进行综述研究。

2. 研究论文：

An Optimizable Circuit Structure for High-Efficiency Wireless Power Transfer
Applying LCC Compensation Network to Dynamic Wireless EV Charging System
The Design and Optimization of a Wireless Power Transfer System Allowing Random Access for Multiple Loads
List itemHigh-efficiency wireless power transfer by optimal load and metamaterial slab
Measuring Wireless Charging Efficiency In the Real World
Wireless charging efficiency: how to measure in the real world
Wireless Power Transfer – The Jockeying For Leadership PositionFor Industry Standards Has Begun!
A Double-Sided LCC Compensation Network and Its Tuning Method for Wireless Power Transfer

注意：很多的文章只能够在清华校内网络上从ieeexplore.ieee.org上下载下来。

▌02 Paper Review

1. An Optimizable Circuit Structure for High-Efficiency Wireless Power Transfer

Paper Link:An Optimizable Circuit Structure for High-Efficiency Wireless Power Transfer

（1）Scaling Factor

Using word “shunt” refer to parallel .
Define the scaling factor: relative distance
scalingfactor=transferdistan⁡cecoildiameterscaling\,\,factor = {{transfer\,dis\tan ce} \over {coil\,\,diameter\,\,}}scalingfactor=coildiametertransferdistance

^{▲ Mixed-resonant coupleing circuit with its three degenerated forms}

（2）Using Scatter Factor

^{▲ Scatter Parameter Definition}

Definition of S21:

∣S21∣=2⋅VLVS⋅(RsRL)12\left| {S_{21} } \right| = 2 \cdot {{V_L } \over {V_S }} \cdot \left( {{{R_s } \over {R_L }}} \right)^{{1 \over 2}}∣S21∣=2⋅VSVL⋅(RLRs)21

Power Efficiency :η=∣S21∣2\eta = \left| {S_{21} } \right|^2η=∣S21∣2

⊙ Applying LCC Compensation Network to Dynamic Wireless EV Charging System

Applying LCC Compensation Network to Dynamic Wireless EV Charging System

^{▲ Diagram of symmetrical T-compensated network}

（1）T-symmetrical compensated network

Input resistance:
Zi=X2Z0Z_i = {{X^2 } \over {Z_0 }}Zi=Z0X2

Load Current:I0
I0=UijXI_0 = {{U_i } \over {jX}}I0=jXUi

When Z is one mutual inductance, we can substitude the second coil as reflect resistance, which value is :

Zr=(ωM)2Z2Z_r = {{\left( {\omega M} \right)^2 } \over {Z_2 }}Zr=Z2(ωM)2

Parameters:

M: Mutual inductance;
ω\omegaω: radian(Angular, Circular) frequency;
Z2Z_2Z2: The second turns load.

（2）设计副边补偿网络

^{▲ 接收线圈等效电路}

根据最优接收效率设计：
首先根据对称T型补偿电路公式，Zi=X2Z0Z_i = {{X^2 } \over {Z_0 }}Zi=Z0X2，假设Zi=RL_OPT_ηZ_i = R_{L\_OPT\_\eta }Zi=RL_OPT_η，Z0=8/π2⋅RLZ_0 = 8/\pi ^2 \cdot R_LZ0=8/π2⋅RL（全桥整流负载），那么Xs=RL_OPT_η⋅8π2RLX_s = \sqrt {R_{L\_OPT\_\eta } \cdot {8 \over {\pi ^2 }}R_L }Xs=RL_OPT_η⋅π28RL

根据文章中（A6）大体确认：

RL_OPT_η=ωMRP2RP1≈ωMR_{L\_OPT\_\eta } = \omega M\sqrt {{{R_{P2} } \over {R_{P1} }}} \approx \omega MRL_OPT_η=ωMRP1RP2≈ωM

这部分参见下面阅读的文章中的讨论。

因此：

（3）设计原边补偿网络参数

^{▲ 发送线圈补偿网络示意图}

其中副边反射电阻在负载等于最佳效率电阻式对应：Rrefav=ωMR_{refav} = \omega MRrefav=ωM

Step1： Determine the Irq:

Irq=Pout/ηeRrefI_{rq} = \sqrt {P_{out} /\eta _e R_{ref} }Irq=Pout/ηeRref

Argument:

Pout: Output power;
η\etaη: Primary to secondary coil efficiency
Rref: Equvalent reflect resistance from receive coil

Step2: Determine Xp:
Xp=UiIrqX_p = {{U_i } \over {I_{rq} }}Xp=IrqUi

其中:α,β\alpha ,\betaα,β可以取1来进行计算。

2. Maximum Energy Efficiency Tracking for Wireless Power Transfer Systems

Maximum Energy Efficiency Tracking for Wireless Power Transfer Systems

Review Detail: Review: Maximum Energy Efficiency Tracking for Wireless Power Transfer Systems

3.A Double-Sided LCC Compensation Network and Its Tuning Method for Wireless Power Transfer

A Double-Sided LCC Compensation Network and Its Tuning Method for Wireless Power Transfer

（1） Contents

A theoretical analysis of double-sided LCC compensation
ZVS tuning method
Design method and Experimental.

^{▲ Double-Sided LCC compensation Topology}

▌03 相关实验研究

无线功率发送器与接收实验：设定为200kHz
无线传输系统功率LCC功率补偿系统设计
100W无线电耦合功率测试实验
多股Litz线制作无线耦合线圈测试

▌结论

■ 相关文献链接:

无线充电系统的功率与效率
公众号(TSINGHUAZHUOQING)
100W无线电耦合功率测试实验
Applying LCC Compensation Network to Dynamic Wireless EV Charging System
The Design and Optimization of aWireless Power Transfer System Allowing Random Access for Multiple Loads
List itemHigh-efficiency wireless power transfer by optimal load and metamaterial slab
100W无线充电方案文献调研 - 信息HUB

无线充电系统在输出部分采用LCC拓扑结构综述研究相关推荐

2019 年（A 题）电动小车动态无线充电系统
2019 年 (A 题) 电动小车动态无线充电系统 2019 年全国大学生电子设计竞赛试题 [本科组] 文章目录 2019 年 (A 题) 电动小车动态无线充电系统一.任务二.要求 1. 基本要求 ...
测试电子负载用于无线充电系统的功能和精度
摘要: 电子负载可以用于对设计的电路系统性能自动化测量,比如对于电源电路,测试它的输出功率,电压调整,响应速度等.相比于实际电子负载(比如电阻.电机.充电器等),电子复杂可以进行编程设置消耗的电压, ...
电磁感应式无线充电系统详解
相较于其它电子科技发展,感应式充电的技术发展显的缓慢,几个关键技术问题直到近年才有解决方案,且解决方案还在不断的演进中.无线充电可通过许多方式去完成,以目前的技术中"电磁感应式"为 ...
不够持久？大疆无人机有了新无线充电系统，电力增强+++
铜灵编译整理量子位出品 | 公众号 QbitAI 太快了. 拿起遥控操纵大疆无人机20分钟,还没来得及炫操作,无人机就没电了. 现在电力增强大法来了.据外媒GeekWire报道,专注于无人 ...
高通研发出无线充电系统
高通已经开发出了一种无线充电系统,可将桌子.书架.汽车头枕等转化为无线充电站.借助磁共振技术,高通花费7年时间开发出了一种系统,能够立刻对多种设备进行无线充电,比如智能机.平板电脑以及可穿戴设备. 高 ...
中国无线充电系统市场趋势报告、技术动态创新及市场预测
[出版商]贝哲斯咨询 [免费目录下载]无线充电系统是一种可利用激光或无线电为电子设备供电和充电的设备.与传统的充电系统相比,它消除了对物理连接器和电缆的使用,从而提供了高效,经济和安全的优势.此外,它 ...
如何用单片机实现基于电磁感应的无线充电系统
要用单片机实现基于电磁感应的无线充电系统,首先需要使用一个发送端和一个接收端.发送端需要使用电磁能发射装置来发射电磁能,接收端需要使用电磁能接收装置来接收电磁能.在接收端,需要使用单片机来控制充电电路 ...
无线充电系统的功率与效率
无线充电现如今面对能源应用的创新在学界和电能产业界中持续增加,目标是当电能出现的时候能够被充分的应用,可再生能源在这方面表现最为抢眼,例如太阳能电池板.风力发电以及其他自然资源,它们被转换成电能 ...
基于STC单片机的无线充电系统
先放一张实物图: 使用的是STC12C4052AD单片机,可以用拆机的就可. 项目内容输入电压 12V~5V 输出电压 5V 工作电流 1A~2A 功率 5~10w 实现功能无线充电.充电计时 ...

无线充电系统在输出部分采用LCC拓扑结构综述研究