無線充電技術(shù)原理影響MI/MR應(yīng)用領(lǐng)域

發(fā)布時間:2023-12-01
任何一種須使用電力的應(yīng)用都可能采用無線充電方案,然而要如何選擇采用mi或mr無線充電技術(shù),則須要先檢視二者的基本原理。
mi和mr在技術(shù)架構(gòu)上有很多相似之處,例如兩者皆使用磁場做為電力傳輸?shù)臉蛄?,同時電流都會在共振電路感應(yīng),產(chǎn)生傳輸電源的磁場。磁力參數(shù)對電磁場如何形成有深遠(yuǎn)的影響;磁通量可藉由直接使用電磁防護(hù)和/或變更磁芯的實(shí)際形狀加以控制。磁通量的密度和容量則可藉由改善電磁場防護(hù)的穿透性加以提升(圖1)。
圖1 無線充電磁場
成本和厚度是選擇適當(dāng)電磁防護(hù)的關(guān)鍵因素。電流場接收和傳輸線圈的排列,和兩者間的距離,將決定電力傳輸?shù)男?;傳輸和接收線圈的距離越大,電力傳輸?shù)男试降?。其他對能量傳輸效率有重大影響的因素,還包括共振頻率、傳輸及接收線圈尺寸比例、耦合系數(shù)、線圈阻抗、集膚效應(yīng)、交流(ac)及直流(dc)組件和線圈的寄生。
當(dāng)x、y和z分離且傳輸及接收線圈的比例角增加時,將對能量的損失和效率產(chǎn)生很大影響。在wpc規(guī)格中,對接收器(rx)線圈在傳輸器(tx)上的位置有特定需求,以維持其效率,并達(dá)到兩線圈間最高耦合系數(shù)。但在mr技術(shù)方面,擺放位置具有自由度,并可在磁場中放置單一或多個裝置,可讓用戶更為便利;然而,當(dāng)耦合裝置間的間隔距離增加時,對傳輸效率亦將會產(chǎn)生影響。
依照不同需求,包含成本和尺寸的考慮,所有的無線充電技術(shù)皆能使用單一或多個線圈解決方案。依據(jù)wpc和pma規(guī)格的mi技術(shù),傳輸電力的頻率范圍很廣。電力傳輸?shù)墓舱耦l率會依負(fù)載阻抗選擇,因?yàn)榇俗兞颗cmr解決方案相比,q系數(shù)相對較低,僅能在指定的頻率和負(fù)載阻抗,達(dá)到最佳效率。
對mr技術(shù)而言,因?yàn)殡娏χ荒苡商囟ü舱耦l率傳輸,因此q系數(shù)較大,且需要接收器和傳輸器間極相近的共振阻抗網(wǎng)絡(luò)匹配。在mr和mi技術(shù)中,匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變量須要嚴(yán)格控制,因?yàn)闀苯佑绊戨娏鬏敗?br> 在wpc 1.1標(biāo)準(zhǔn)中,可于100k-205khz的范圍中選擇共振頻率。在pma的情況類似,其頻率范圍為277k-357khz.然而,近期頻率范圍已有變更,現(xiàn)在取決于輸入供電電壓。這些解決方案中,典型的q系數(shù)范圍為30-50(圖2)。
圖2 q系數(shù)百分比
在a4wp規(guī)格的解決方案中,因?yàn)轭l率固定,傳輸器和接收器間的共振頻率和阻抗網(wǎng)絡(luò)需要更為精準(zhǔn)匹配。典型的mr解決方案與mi解決方案相較,需要較高的q系數(shù)(50-100)。
電源管理影響無線充電效能
高效能電源管理架構(gòu)的發(fā)展,對mr和mi解決方案成功的建置有重大影響。對傳輸器而言,為了在共振電路感應(yīng)電流,須進(jìn)行dc到ac的轉(zhuǎn)換,在mi技術(shù)中,會在此轉(zhuǎn)換使用半橋或全橋變頻器;而在mr技術(shù)中,是透過功率放大器(pa)感應(yīng)電流。
功率放大器的架構(gòu)和分類會因各應(yīng)用的頻率、靜態(tài)電流、效率、尺寸、成本和整合需求而有不同,轉(zhuǎn)換時須謹(jǐn)慎考慮如何降低閘極驅(qū)動器損失、切換、導(dǎo)電、偏壓、內(nèi)接二極管損失,以及外部組件等效串聯(lián)電阻(esr)和等效串聯(lián)電感的寄生(esl)。這些是開發(fā)高效能整合解決方案所遭遇的部分重大挑戰(zhàn)。
根據(jù)輸入電壓需求和設(shè)計(jì)架構(gòu)流程,制程選擇對整合型解決方案優(yōu)化有重大的影響。系統(tǒng)中有多個控制循環(huán),而完整控制循環(huán)的穩(wěn)定性對高效能解決方案的整體效果有非常大的影響。在mi和mr技術(shù)中,可藉由有效的電源管理達(dá)到相近的效能和效率。
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