▌01 论文调研

Inductive Power Transferfor 100W Battery Charging
List itemA 100W Wireless Charging System with a Human Protection Function from EM Field Exposure
3 A 100W and 91% GaN-Based Class-E Wireless-Power- Transfer Transmitter with Differential-Impedance- Matching Control for Charging Multiple Devices
Wireless Battery Charging: E-bike Application
Wireless Power Transfer Using Capacitive Coupling for High Power Applications
Inductive Power Transferfor 100W Battery Charging
Design, implementation and experimentalresults of a wireless charger for E-bikes
A 100 W 6.78 MHz Inductive Power TransferSystem for Drones

▌02 网络产品

100W无线充电方案

支持最大传输功率：100W
输入电压：24VDC±5%
工作频率：100-150KHz
工作距离：2-5mm（最佳），max 10mm
传输效率：实测83%（接收端输出24V，4A）

^{▲ 外观与输出效率}

100W无线充电系统(含充电管理)使用说明

60-100W 斯普奥汀充电方案

电源输入：36V/3A
无线供电工作频率：6.78MHz
无线供电总功率：62W
传输效率：85%
充电距离：30mm ~ 50mm

电磁感应
无线电波
磁共振

List item200W Wireless Power Reference Design

▌03 相关器件

1. NPO（COG）电容

AVX EIA Class I C0G (NPO) Multilayer Ceramic Capacitors are one of the most stable capacitor dielectrics. These capacitors offer significant advantages, including a lifetime capacitance change of less than ±0.1%, which is one-fifth of that shown by other dielectrics. In addition, temperature capacitance change with C0G (NPO) is 0±30ppm/ºC, which is less than ±0.3% ΔC from -55°C to +125°C. Capacitance drift or hysteresis for C0G (NPO) ceramics is very minimal at less than ±0.05% when compared to up to ±2% for films. C0G (NPO) formulations show no aging characteristics.

▌04 论文阅读

1.论文1:

Paper1： Inductive Power Transferfor 100W Battery Charging 。

设计线圈的尺寸：直径15厘米；线径：3mm；

2.论文2

Paper2: Optimal Design of ICPT Systems Applied toElectric Vehicle Battery Charge

在该论文中，引用了下面论文中关于在完全补偿下，副边所得到的功率：
P2=ω0M2QsL2Ip2P_2 = {{\omega _0 M^2 Q_s } \over {L_2 }}I_p^2P2=L2ω0M2QsIp2

上述公式具体推导可以参见下面“论文3”。

^{▲ 四种电容补充拓扑形式}

在四种电容补偿拓扑形势下，网络阻抗为：

这些公式可以借助于下面使用反射阻抗的概念来推导出来。通过公式计算出电源输出电流：Iˉ1=Vˉ1Zˉ1\bar I_1 = {{\bar V_1 } \over {\bar Z_1 }}Iˉ1=Zˉ1Vˉ1

继而可以计算出四种拓扑结构中其它电学参量。

3.论文3

在 A,W Green et, 10kHz Inductively coupled power transfer -Concept and control 文中，给出了原边副边采用PP拓扑结构进行耦合下，负载所获得最大功率的公式。

^{▲ 系统框图}

上述电路可以简化成如下的电功率传送模式。锤死原边的电流I1假设是已知的而且与副边无关。那么副边拾取电能线圈L2中的感应电动势为：jωMI1j\omega MI_1jωMI1。如果副边断路，表示L2能够输出的最大电流为：Isc=jωMI1jωL2=I1(ML2)I_{sc} = {{j\omega MI_1 } \over {j\omega L_2 }} = I_1 \left( {{M \over {L_2 }}} \right)Isc=jωL2jωMI1=I1(L2M)

此时对应着输出已经谐振，负载电压为：
V2=jωMI1Q2V_2 = j\omega MI_1 Q_2V2=jωMI1Q2

Q2是此时在R2负载下对应的输出回路因子的品质因子。因此输出的最大功率为：V⋅A=j(I12⋅M2⋅Q2⋅ωL2)V \cdot A = j\left( {{{I_1^2 \cdot M^2 \cdot Q_2 \cdot \omega } \over {L_2 }}} \right)V⋅A=j(L2I12⋅M2⋅Q2⋅ω)

^{▲ 电功率从单线电轨拾取示意图}

对于这个公式的推导如下：

Paper4

Power Transfer Capability and BifurcationPhenomena of Loosely Coupled InductivePower Transfer Systems

（1）将副边电抗反射到原边

耦合副边的阻抗：

对应到原边可以使用一个反射阻抗ZrZ_rZr来代表：

Zr=ω2M2ZsZ_r = {{\omega ^2 M^2 } \over {Z_s }}Zr=Zsω2M2

^{▲ 互感耦合后的反射阻抗}

^{▲ 互感耦合后反射阻抗公式推导}

副边所获得的功率为：
P=[Re(Zr)]⋅Ip2P = \left[ {{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {Z_r } \right)} \right] \cdot I_p^2P=[Re(Zr)]⋅Ip2

（2）谐振补偿电容计算公式

当工作频率在副边的谐振频率:ω0=1CsLs\omega _0 = {1 \over {\sqrt {C_s L_s } }}ω0=CsLs1

^{▲ 反射阻抗和电抗}

当原边电流IpI_pIp为常量时，在串联电容补偿下，负载电阻越小，输出功率越大；在并联电容补偿下，负载电阻越大，输出功率越大。

^{▲ 原边补偿电容}

使用SS， SP拓扑结构，原边的补偿电容与负载R没有关系。

^{▲ 原边和副边品质因数}

Paper 5:

Experimental Teset on a Contactless Power Transfer System

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