無線電能傳輸技術(shù)-基礎(chǔ)理論

1、一基礎(chǔ)理論1.非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的基本原理無接觸感應(yīng)式電能傳輸(Contactless Inductive Power Transfer) 是利用變壓器的感應(yīng)耦合的特點(如圖1),將傳統(tǒng)變壓器的感應(yīng)耦合 磁路分開，初、次級繞組分別繞在不同的磁性結(jié)構(gòu)上，電源和負(fù)載單 元之間不需要機械連接進行能量耦合傳輸。這種初、次級分離的感應(yīng) 耦合電能傳輸技術(shù)不僅消除了摩擦、觸電的危險，而且大大提高了系 統(tǒng)電能傳輸?shù)撵`活性，顯著減小了負(fù)載系統(tǒng)的體積和重量。正因為感 應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的功能性好、可靠性高、柔性好，加上無接觸，無 磨損的特性，能夠滿足各種不同條件下電工設(shè)備用電需求，同時兼顧 了信息傳輸功能的需

2、求。在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，特斯拉就提出交 流磁場驅(qū)動小燈，但是由于技術(shù)和材料的限制，效率很低。隨著電力 電子技術(shù)、高頻技術(shù)和磁性材料的巨大發(fā)展以及多種場合下電工設(shè)備 感應(yīng)式供電需求的增長，這種新型的能量傳輸技術(shù)正逐步興起。圖1非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)2.非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理相對于傳統(tǒng)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)，非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng) 耦合程度較小，為了增加磁能積利用率，減小體積，提高系統(tǒng)的功率 傳輸能力，初級電路通常采用高頻變流/逆變技術(shù)，使交流電壓在較 高的頻率上工作。如圖2所示，非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的基本結(jié) 構(gòu)包括：初、次級電路以及感應(yīng)耦合電磁結(jié)構(gòu)。初級交流電壓經(jīng)初級

3、變換器，由初級繞組與次級繞組耦合，次級繞組耦合得到的電能經(jīng)次 級變換器供給負(fù)載使用，同時利用初次級繞組還可以實現(xiàn)信號的雙向 傳輸。1初級父流電壓m初級變換器切冒初級繞組_ I:負(fù)載次級變換器吁=次級繞組次級環(huán)節(jié)耦合環(huán)節(jié)能量數(shù)據(jù)圖2非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成框圖系統(tǒng)工作時，在輸入端將經(jīng)整流、逆變的單相低頻交流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電流供給初級 繞組。次級端口輸出的電流為高頻電流，根據(jù)負(fù)載用電需要，若為直流負(fù)載，則將高頻電流 經(jīng)過整流為負(fù)載電能傳輸；若為交流負(fù)載，則根據(jù)需要進行交交變頻或交直交逆變處理。這 種能量傳輸方式有以下優(yōu)點：1、沒有裸露導(dǎo)體存在，感應(yīng)耦合系統(tǒng)的能量傳輸能力不受環(huán) 境因素，如塵土

4、、污物、水等的影響。因此這種方式比起通過電氣連接來傳輸能量，更為可 靠、耐用，且不發(fā)生火花，不存在機械磨損和摩擦；2、系統(tǒng)各部分之間相互獨立，可以保 證電氣絕緣；3、能夠采用多個次級繞組接收能量時可為多個用電負(fù)載電能傳輸；4、變壓器 初、次級可以相互分離，配合自由，可以處于相對靜止或運動狀態(tài)，適用范圍也更廣泛。二無接觸電能傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)有三個環(huán)節(jié)：即作為供能和接收環(huán)節(jié)的初級和次級電路，以 及傳輸環(huán)節(jié)的耦合電路，在此基礎(chǔ)上對三大環(huán)節(jié)進行分析，得到非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng) 性能的影響因素，得出非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)的選型和參數(shù)匹配的方法。具體表現(xiàn)在通 過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，

5、提高磁能積利用率，減少體積，提高效率。1.供能環(huán)節(jié)一初級電路初級端供電質(zhì)量將直接影響傳輸性能，它是非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)中的重要構(gòu)件。 提高變換器效率，減小輸出諧波分量，實現(xiàn)正弦波電壓或電流供電是初級變換器的研究和發(fā) 展的方向。初級變換器一般包括整流電路與高頻逆變電路兩部分。為了提高變換效率，常采 用諧振技術(shù)，利用初級繞組漏電感實現(xiàn)諧振變換。(a)(b)圖3初級電路變流/逆變拓?fù)淠Ｐ偷倪x擇波形發(fā)生電路：采用DSP2812實現(xiàn)PWM電流源控制，功率放大電路采用E型放大器。當(dāng)電壓源逆變器以正弦波脈寬調(diào)制方式(SPWM)運行時，施加在電動機端的電壓接近正弦。 為了在電動機端得到基波和高頻波的疊加波

6、，可推知應(yīng)該用疊加波取代正弦波作為調(diào)制波。 為方便起見，以單相全橋逆變電路為例來研究疊加電壓的PWM調(diào)制行為。諧波特性，所得 的結(jié)論將不失一般性。電路如圖4所示，由四個IGBT全控器件和四個續(xù)流二極管組成的單 相全橋逆變器錯誤！未找到引用源。PWM發(fā)生電路產(chǎn)生占空比為50%的PWM控制信號， 由于電路上、下橋臂的MOSFET不可以同時導(dǎo)通，因此，添加死區(qū)時間延遲單元。T1、T4 導(dǎo)通的時候，T2、T3關(guān)閉。T2、T3導(dǎo)通的時，T1、T4關(guān)閉。圖4單相全橋逆變器為了方便實驗中電壓源和電流源的實驗比較，使用EI的LM358p放大器芯片，實現(xiàn)電 壓源到電流源的轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。圖5基于LM358p

7、電壓源到電流源的轉(zhuǎn)換電路2.傳輸環(huán)節(jié)一耦合電路分析初、次級繞組之間耦合的建模方法，最常使用的是傳統(tǒng)的變壓器模型和互感模型。無接觸變壓器與傳統(tǒng)的變壓器的本質(zhì)區(qū)別，在于初、次級之間的耦合性能差異。耦合系 數(shù)k是度量兩個線圈磁耦合程度物理量，0 k 1。對于傳統(tǒng)的變壓器，耦合系數(shù)通常在 0.950.98之間，接近于1。而無接觸變壓器屬于疏松耦合式系統(tǒng)，耦合系數(shù)通常在0.8以下， 有的甚至不到0.1。用0.5作為閾值分野，定義k0.5, 則稱為緊耦合。慮到采用互感模型分析的以上優(yōu)點以及無接觸變壓器的疏松耦合特性，下面將采用互感模型 來分析無接觸變壓器中初、次級繞組之間的耦合環(huán)節(jié)，如圖6所示。Il M

8、12圖6非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)互感模型為了簡化分析，一般設(shè)次級端所接負(fù)載zL為純阻性負(fù)載rl。圖7為非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)電路分析模型，定義初級繞組中的電流為I，兩端電壓為U。jMI為初級電流J在次級中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓，jMI為次級中的電流/在初級線 TOC o 1-5 h z 11122圈中的感應(yīng)電壓值。在相互感應(yīng)電壓的過程中，實現(xiàn)了能量傳遞。以圖中給出電流的方向為 正方向，可得初、次級電路的方程為： HYPERLINK l bookmark13 o Current Document I （加L + R ）-1 加M = U（1）11121 HYPERLINK l bookmark16 o

9、 Current Document I （jrnL + R + R ） = I jM（2）222 L 1圖7非接觸感應(yīng)式電能傳輸系統(tǒng)電路分析模型（3）（4）Z - sM1-sMZ2II2(5)因為，Z = js L + R , Z =加L + R + R，更一般的，可以得到阻抗傳輸公式 111222 LIZ-12 js M = U112 Z 2-11 js M = 0用矩陣表示為式中S= j阻抗分析：次級系統(tǒng)對初級的影響通過次級反映阻抗zr2來體現(xiàn)。反映阻抗zr2表示次級電路的阻 抗Z2通過耦合，在初級電路中表現(xiàn)的電阻值，反映了次級電路阻抗對初級電路的影響。初 級電路中，反映阻抗吸收的復(fù)功率就

10、是次級系統(tǒng)吸收的復(fù)功率，直接反映了系統(tǒng)的功率傳輸 性能。jsMI2I1jsMjs MIs 2 M 2 ZZZ22s 2 M 2 -nrZ (6) |Z I2 *2圖8引入反映阻抗后的初、次級等效電路一般電感互感計算公式：在電流密度相同的情況下，線圈與相應(yīng)整體線匝的磁場應(yīng)是一樣的，N匝線圈的電流只是相 應(yīng)的整體線匝電流的1/N。因此，從諾伊曼公式可知，線圈的電感乙為相應(yīng)整體線匝電感L的N2倍，即L = N2L。同理，兩個各為%和N2匝線圈的互感M為相應(yīng)整體線匝的互感M的NXN2倍，即M = N1N2M 。因此，一般只需分析單匝線圈之間的相互影響，就能 夠進一步的得出多匝線圈之間的相互耦合關(guān)系。定

11、義耦合系數(shù)k=m / yLL2(6)式中：ki初級線圈產(chǎn)生的磁通交鏈到次級線圈的百分?jǐn)?shù);k2次級線圈產(chǎn)生的磁通交鏈到初級線圈的百分?jǐn)?shù)。互感公式影響因素：定義、r2為線圈半徑(&)，d為初次級線圈中心平面間距，為線圈中心偏移量，a為線 圈偏移角。理想狀態(tài)下，互感M的值可以用以下公式表示式中:(4rr1，(r + r )2 + d2K(k)、E(k)分別對應(yīng)第一類和第二類完全橢圓積分K (k) = j Jd =卜_ 仆0 (1 z2)(1-k2z2)0 (1 一k2 sin2 8)=-1+ (kk 2 + ()2k 4 + (Mk 6 +1 TOC o 1-5 h z 222口42E (k) =

12、Il k2z2 dz = f K/：；(1 k 2sin2 8) d8=-1+ ()2 k 2 +(i3)2k 4 (35 6 J2222MM 龍 2 定義G(k) = (- k)K(k)-丁E(k)，則在理想狀態(tài)下，互感的值可以表示為 kkM (匕,d)=七 yJrT (k)(a)距離對互感M的影響線圈距離分別為3cm、6cm、9cm和12cm時對互感的影響如圖9所示0.000300.000280.000260.000240.000220.000200.00018-0.00016-0.00014-0.00012-0.00010-0.000080.000060.000040.000020.00

13、000圖9線圈之間的距離對互感的影響（b）半徑、距離、水平偏移對互感M的影響在存在水平位移，且aL1時，互感的值可以近似表示為M , d, A)=日rrG ( k ) r (r + A)1 2式中:4W +A)，|k| 1(r + r + A )2 + d 21 1對于兩個半徑均為6cm的線圈，分別取它們的垂直距離為3cm、6cm、9cm和12cm時，水平偏移對互感的影響如圖10所示1密醞瞻M圖11頻帶寬度圖10水平位移對互感系數(shù)的影響（計算值）Q值的優(yōu)化:對于一個諧振曲線如圖11所示，定義諧振曲線峰值兩 側(cè)最大值的70%處頻率之間的寬度為頻帶寬度，大小為兩 邊緣頻率之差A(yù)v = |v2 -七

14、|。可以得到：v _ Aw _ 1v Q即頻帶寬度反比于諧振電路的Q值，Q越大，能量就越集 中，頻率的選擇性就越強。此時，較小的頻率偏移量就會造 成傳輸效率的迅速降低。因此維持較高的Q值會使系統(tǒng)對 于參數(shù)的變化過于敏感，電路調(diào)諧變得困難。當(dāng)頻率點發(fā)生 變化時，較小的Q值意味著諧振頻率尖峰較為平緩的，對 頻率點的漂移不敏感，魯棒性較好。進一步得到對于信號傳輸，傳輸帶寬B = f0 / Q，Q的增大 將使帶寬減小，帶寬的減小意味著系統(tǒng)信號傳輸更容易受到 頻率失配的影響。3.接收環(huán)節(jié)一次級電路根據(jù)最大能量傳輸定理和諧振理論，當(dāng)工作頻率和系統(tǒng)（初級、次級電路）固有頻率相 同時，能夠獲得最大傳輸效能。為

15、達到最優(yōu)性能，固有頻率氣一般取w實際應(yīng)用中，當(dāng)（甲1和:右&不能保證嚴(yán)格相等時，固有諧振頻率可以近似表示為S =0 C普+n 2 WC1+K）n初、次級線圈匝數(shù)比C1初等效電容；C2次級等效電容；L1為初級電感；L2為次級電感。隨著耦合系數(shù)的下降和運行頻率的提高，初、次級回路的電抗參數(shù)呈幾倍、甚至幾十 倍的增加。為了改善初、次級回路的供電性能，需要對初、次級回路的無功功率進行補償。所謂功率補償，就是利用最大功率原理，使負(fù)載阻抗是輸出阻抗的復(fù)共軛，這時負(fù)載 獲得最大功率。通過初級補償，可以提高初級繞組輸入端的功率因數(shù)（位移因數(shù)），提高供電質(zhì)量；在 初級補償?shù)幕A(chǔ)上，通過次級補償，可以提高系統(tǒng)的輸

16、出功率和傳輸效率。初、次級補償都可以有串聯(lián)補償和并聯(lián)補償兩種方式。如圖12所示。圖12初、次級的串聯(lián)補償和并聯(lián)補償（S：串聯(lián)、P：并聯(lián)）并聯(lián)電容器用于補償感性無功功率；串聯(lián)電容器用于補償線路等效感抗、降低線路感 性無功功率流動和提高線路受電端的電壓；混合使用時，一般是串聯(lián)電抗器串聯(lián)在并聯(lián)電容 器支路中，然后與并聯(lián)電容器一起接入系統(tǒng)，補償高頻無功功率，起到抑制高次諧波以及保 護并聯(lián)電容器的作用。（1）初級補償初級采用串聯(lián)補償時，在諧振頻率下，串聯(lián)補償電容上的電壓降與初級端的感抗壓降相 抵消，降低了對初級供電系統(tǒng)的電壓要求；并聯(lián)補償時，流過并聯(lián)補償電容的電流注入或吸 收了初級繞組中電流的無功分量，

17、從而降低了對供電系統(tǒng)的電流要求。初級串聯(lián)諧振補償電容C =1(L + X )初級并聯(lián)諧振補償電容C _ L + X1 R + (L +X )2初級沒有進行補償時，變換器的總輸入阻抗為Z = jo L + R + Z對初級串聯(lián)補償電路，變換器的總輸入阻抗為Z = + jo L + R + Z1對初級并聯(lián)補償電路，變換器的總輸入阻抗為Z =加 C1 + jsL + R + Z11 r(2)次級補償次級采用串聯(lián)諧振補償時，次級補償電容壓降和次級感抗壓降相抵消，從而串聯(lián)補償?shù)?次級繞組端口近似等效于電壓源，端口電壓不受負(fù)載值影響；次級采用并聯(lián)諧振補償時，流 入次級補償電容中的電流與次級導(dǎo)納中電流的無功

18、分量相抵消，并聯(lián)補償?shù)拇渭壚@組端口近 似等效于電流源，端口輸出電流不受負(fù)載電阻值影響。因此，負(fù)載端的輸出功率將得到大大 提高。沒有補償時次級電路的阻抗為Z2 = jo L2 + R2 + Z次級串聯(lián)或并聯(lián)時補償電容C2為C2 =o 2( LL1 - M 2)1 2次級補償當(dāng)負(fù)載電阻較小時，采用串聯(lián)補償可以大大提高傳輸能力，而當(dāng)負(fù)載電阻較大 時，采用并聯(lián)補償更具優(yōu)勢。當(dāng)耦合系數(shù)k取較小的值(k0.01)時，可以忽略初、次級電路相互的影響。此時，初級補償電容C可以取C =-，次級補償電容C可以取C =111 o 2 L22 o 2 L12當(dāng)運行頻率偏離諧振頻率時，電源端的視在功率都急劇上升。但當(dāng)運

19、行頻率小于諧振 頻率時，并聯(lián)補償初級視在功率增加較慢；而當(dāng)運行頻率大于諧振頻率時，串聯(lián)補償初級視 在功率增加較慢。為了克服上述串聯(lián)和并聯(lián)補償?shù)牟蛔?，一般使用串、并?lián)補償相結(jié)合的方 式。二基于PCB的感應(yīng)式能量傳輸系統(tǒng)1.基于PCB的磁集成技術(shù)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在線圈小型化方面，采用了印刷電路板PCB方式的平面(planar) 變壓器技術(shù)，大大減小了感應(yīng)線圈的體積，提高了能量密度。平面變壓器技術(shù)具有以下優(yōu)點： 1、工作頻率高(50kHz2MHz)，能量密度大(達到100W/g)； 2、體積小，空間緊湊，適 于自動化安裝；3、采用PCB或銅箔，散熱面積大，減少在高頻工作條件下由集膚效應(yīng)和臨 近

20、效應(yīng)所引起的渦流損耗并有利于散熱；4、傳統(tǒng)繞組的電流密度為26A/mm2，而平面變 壓器可以高達20 A/mm2； 5、PCB板繞組容易實現(xiàn)任意繞組的交替繞制，實現(xiàn)初、次級線圈 的緊密磁耦合，從而減少漏感和繞組渦流損耗。把繞組直接繞在電路主板上，并在主板上預(yù)留安裝鐵心的孔位，然后把平面EI型鐵心 安裝上去，做成高功率密度的開關(guān)電源；也可以初、次級線圈都采用雙面PCB板(電流較 大時用銅箔代替)，現(xiàn)在多層PCB板已經(jīng)達到了 20層。美國IMB公司在20世紀(jì)80年代初就提出了平面(Planar)變壓器技術(shù)。作為一種超薄型 (Low profile)變壓器，平面變壓器結(jié)構(gòu)包括平面磁心和平面繞組。平面

21、變壓器適用于便攜式 電子設(shè)備高密度電源、卡式UPS電源等。例如，50W高密度的板上開關(guān)電源，用EI型平面 磁心，其厚度僅為0. 5cm，平面尺寸為1.27cm*1.78cm。90年代已有標(biāo)準(zhǔn)的EE型和EI型 等平面鐵氧體磁心。平面變壓器的優(yōu)點是體積重量小，漏感小，在相同功率下，平面變壓器的體積僅為傳 統(tǒng)變壓器的20%。傳統(tǒng)變壓器為了減少漏磁，一般設(shè)計成細(xì)長形(使磁心體積小，繞組平均 長度短)。而平面變壓器的結(jié)構(gòu)呈寬扁形，厚度小于1cm，散熱面積大；此外，平面結(jié)構(gòu)容 易實現(xiàn)繞組交錯，從而使漏感減為最小。據(jù)報道，現(xiàn)有平面變壓器產(chǎn)品的漏感小于0.2%。 傳統(tǒng)的“線繞”式變壓器按照規(guī)范設(shè)計，容易實現(xiàn)標(biāo)

22、準(zhǔn)化。但設(shè)計高密度電源的平面變壓器 或平面電感，就完全不同于傳統(tǒng)磁元件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。例如，平面變壓器的散熱過程是先以傳 導(dǎo)方式將熱量送到電源的外殼，再通過散熱器以對流方式靠自然冷卻或風(fēng)冷將熱量散發(fā)。平 面變壓器的性能與許多因素有關(guān)，如繞組的結(jié)構(gòu)與布置、繞組端部(terminal)、銅片厚度、磁 心結(jié)構(gòu)與幾何尺寸等。設(shè)計結(jié)果希望直流和交流阻抗小，漏減小，同時繞組端部的設(shè)計應(yīng)使 高頻場影響為最小。應(yīng)用寬片狀導(dǎo)線可以減少高頻下集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的附加損耗。平面 繞組可以用銅箔、絞合銅線、多層印制導(dǎo)線(Printed Wire)，或PCB等。PCB的窗口利用率 較低，僅為0.250.3 (一般窗口利用率

23、為0.4)?？招?Coreless)印制電路板(PCB)變壓器，沒有磁心，利用印制螺旋形繞組、印制在單面、 雙面甚至多層PCB上。其優(yōu)點是：呈平面形、體積小，損耗小，效率高，制造過程簡單， 并可以準(zhǔn)確地控制參數(shù)。在電源中有兩種應(yīng)用:一是100W以下小功率DC / DC高頻(10MHz) 轉(zhuǎn)換器；二是開關(guān)晶體管驅(qū)動電路中傳輸信號用的隔離變壓器，可以做成兩路輸出，將兩個 次級繞組印制在PCB同一面上，或印制在多層PCB的不同平面上。將多個磁性元件(如變壓器和電感或多個電感)集成在一個磁心上，稱為集成磁元件 (Intergrated Magnetics,IM)。這樣做的目的是可以減少轉(zhuǎn)換器的體積，使

24、各個磁性元件之間 的接線最短，降低磁性元件的損耗。適用于低壓大電流情況。Cuk在20世紀(jì)70年代末，首 先提出在有隔離的Cuk轉(zhuǎn)換器中(IEEE PESC，1980)將輸入電感、輸出電感及變壓器集成在 一個磁心上，早期稱為耦合(Coupled)電感。撓性印制電路厚度為70um，耐彎曲的撓性印制電路厚度為35um。1oz為34.287um，等于 1.38mil。2 PCB線圈設(shè)計根據(jù)絕緣導(dǎo)線所要求通過的總電流，當(dāng)總電流為10A以下時，導(dǎo)線每平方毫米的截面面 積可通過5A電流。實際設(shè)計中，可以通過近20A,為安全起見，實驗中還是采用了較為保 守的5A作為最大設(shè)計通過電流。一般假定，僅當(dāng)趨膚深度小于

25、印刷導(dǎo)線銅箔厚度的50%的 時候，才需要考慮趨膚效應(yīng)的影響。換句話說，對于銅箔厚度0.038mm (1mil=0.0254mm) 的普通PCB，只有當(dāng)信號頻率高于12MHz時才需要考慮趨膚效應(yīng)。導(dǎo)線寬度(mm)= 工作電流(A) +走線高度(mm)5A/mm2當(dāng)工作電流為0.2A時，導(dǎo)線寬度約為1mmPCB 圓形 R=17.6mmr=10.8mmPCB 矩形 b=54mmc=31mmr=0.24mmPCB線路的電感計算：螺旋形線圈的電感公式圖13螺旋形線圈(aN )28a +11。式中：a =(r+r) /2， b=r-r r.為螺旋形線圈的外徑iro為螺旋形線圈的內(nèi)徑 對于矩形平面PCB線圈

26、，a=0L =巳N2(。+ c)ln業(yè)- C ln(c + -Jb2 + c2)- ln(b + xjb2 + c2) 冗r b + cb + c+ 癸丘-1 + 0.447 二 b + c 2 b + cN 線圈的匝數(shù)b和c矩形線圈的長和寬a和r矩形線圈截面尺寸a矩形線圈截面的高矩形線圈截面的寬度對于長度為/，走線寬度為w的導(dǎo)線，電感為L = 2l (ln 2- - 0.5 + 0.2235 - )nH ww從公式可以看出，電感L與銅箔的厚度基本無關(guān)。同時，設(shè)計時盡可能寬的走線對性能的 改善并不明顯，不僅不能大幅度的減少電感，若有脈動電壓通過線路，還會產(chǎn)生很大的輻射 干擾。由于銅箔的厚度，導(dǎo)

27、線間的匝間影響最低。直徑或窗座圖14 PCB線路及普通導(dǎo)線電感22&5075 100 1S5 15 176 2。0 5 350 27& 即 0SHE面面耕（制t閘耶序皮伸1唇圖15PCB線路溫升的MIL-STD-215E標(biāo)準(zhǔn)過孔的設(shè)計:為了充分利用PCB板材，減少體積，采用了多層板設(shè)計。PCB板上過孔電感計算公式為h4hL = - （1+ ln 丁 ）nH 5d式中，h表示過孔深度，d表示過孔直徑，單位為mm。過孔越少越好，多個過孔優(yōu)于單個過孔，過孔直徑越大越好。3 PCB線圈實驗驗證矩形/正方形線圈和圓形線圈比較表1圓形和方形PCB線圈的參數(shù)L電感R電阻Z阻抗圓形PCB997UF1.2Q0.

28、999KQ方形PCB994 UF1.6 Q0.999KQ單層線圈和多層線圈比較0 00950.00900.00650 00800.00750.00700 00650 00600.00550.00500.00450.00400.00350.00300.00250.00200.00150.00100.00050 0000空載f 10 5Q圖16負(fù)載、頻率與初級提供的視在功率三 新型的手機電池?zé)o接觸充電器研究新型無接觸非常適合應(yīng)用與便攜式電話和網(wǎng)絡(luò)電話等掌上電子產(chǎn)品。無接觸 充電器利用一對PCB板繞組來完成電能的無線傳輸。當(dāng)兩個用銅線繞制的標(biāo)準(zhǔn) PCB板緊密地按圖17平行放置時，兩個PCB繞組之間就

29、存在大量的感應(yīng)耦合磁 感，甚至中間沒有磁芯的地方也有。圖17 PCB繞組和便攜式電話的非接觸充電器。（a）PCB繞組結(jié)構(gòu)（b）便攜式電話的非 接觸充電器圖17 （b）所示為新型的便攜式電話非接觸充電器結(jié)構(gòu)，下面的部分（充電器 的初級繞組）包括初級PCB繞組和相關(guān)的電路。放置在電池背部的充電器次級端繞組包括 次級PCB繞組和相應(yīng)的電池充電和監(jiān)測電路。這樣在兩個平行的PCB繞組之間就有感應(yīng)耦 合，在下部的初級端繞組和電池背部的次級端繞組就能夠在沒有磁芯的情況下完 成電能的非接觸傳輸。圖18所示為非接觸充電器的電路簡圖。初級端包括一個橋式整流器和一個 與初級PCB繞組相連的高頻逆變器。與逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連的半橋串聯(lián)諧振電路 是為了吸收PCB繞組的漏感，同時也是LC諧振回路的一部分。傳統(tǒng)的降壓變壓 器應(yīng)用于開關(guān)和LC諧振回路之間使回路電流降到需要的數(shù)值。圖18非接觸充電器的電路簡圖次級端包括一個由次級PCB繞組供電的整流器，一個同步開關(guān)轉(zhuǎn)換器和控制電 路，這些器件都裝在充電器的背部。初級部分單元是在一個開環(huán)條件下運行的， 并且需要監(jiān)測和控制充電電流的所有功能都集成在次級端的電池上。所以，初級 端單元和次級端單元在功能上是完全獨立的，因此也就消除了初次級單元之間額 外信息交換的需要。圖19