▌01 如何自行绕制高频线圈

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昨天有参加 全国大学生智能汽车竞赛 中 无线节能赛题组 的同学在公众号（TSINGHUAZHUOQING）提问：

问题1： 卓大大，为什么我们的 LCC 充电把电容充满要一分半（90秒）？ 桌大大这是为什么啊？

^{▲ 图1 车模储能法拉电容}

^{▲ 图2 LCC补偿回路与接收线圈}

^{▲ 图3 接收线圈中的LCC补偿回路}

问题2： 卓大大，如何自己绕一个2.2uH的线圈？

 

▌02 充电时间

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针对第一个问题，电容充电时间。根据电容特性可知，电容上的电压等于电容电荷Q除以电容容量：

V C = Q C = 1 C ∫ 0 t i ( τ ) d τ = I ⋅ T C V_C = {Q \over C} = {1 \over C}\int_0^t {i\left( \tau \right)d\tau } = {{I \cdot T} \over C} VC​=CQ​=C1​∫0t​i(τ)dτ=CI⋅T​

如果使用恒流 I I I充电，那么充电时间 T T T就等于 T = V C ⋅ C I T = {{V_C \cdot C} \over I} T=IVC​⋅C​。

根据所使用的电容，是由五个25F（2.7V）的电容串联形成5F（13.5V）的电容。如果充满电（ V C = 12 V V_C = 12V VC​=12V）需要一分半钟（90s），那么可以求得充电电流平均为：

I = V C ⋅ C T = 12 × 5 90 = 2 3    A I = {{V_C \cdot C} \over T} = {{12 \times 5} \over {90}} = {2 \over 3}\,\,A I=TVC​⋅C​=9012×5​=32​A

^{▲ 储能电容为5个25F的电容串联}

这说明充电电流太小了。如果使用在 火中取栗 推文中的LCC补偿方案，达到5A的充电电流，则充满12V的电只需要12秒左右。

所以主要问题出现在你所制作的LCC的网络补偿中。

 

▌03 LCC补偿网络

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从发送过来的照片来看，你使用了 粘贴铜箔制作了建议的实验电路 ，这是对的，不使用面包板 进行测试是因为面包板不适合做大电流，高频率的电路测试。

那么影响LCC接收效果的主要原因可能包括：

• LCC网络的参数计算；
• 制作LCC的器件容量，包括串联电感 L s L_s Ls​，电容 C s , C p C_s ,C_p Cs​,Cp​；
• 肖特基整流桥器件，以及整流形式；
• 电路板的制作

首先，根据【图2】所显示的整流滤波电路，你采用的还是以前的 无线节能组 的接收板，采用 倍压整流 方式对接收电能进行整流。比起全桥整流来讲，倍压整流效率低，这个结论在 火中取栗 中的测量结果得到验证。所以建议将接收电路修改成全桥整流。

第二部分就是检查LCC网络器件的的参数是否符合设定的150kHz下计算出的参数。如果参数不对，不仅会增加静态功耗，也会降低输出电流。建议根据 经过标定后的ESP32对于节能信标组充电过程测量 设计方案给出的计算过程进行计算：

【表3-1 设计条件】

参数名称	数值	单位
输出电流 I 0 I_0 I0​	5	A
输入电压 U 0 U_0 U0​	10	V
接收线圈电感 L 0 L_0 L0​	13.79	μ H \mu H μH
工作频率 f 0 f_0 f0​	150	k H z kHz kHz

【表3-2 参数计算】

参数名称	公式	数值	单位
LCC基本电抗	X 0 = U 0 I 0 X_0 = {{U_0 } \over {I_0 }} X0​=I0​U0​​	10 5 = 2 {{10} \over 5} = 2 510​=2	Ω
输出电感	L s = X 0 2 π f 0 L_s = {{X_0 } \over {2\pi f_0 }} Ls​=2πf0​X0​​	2 2 π × 150 k H z = 2.122 μ H {2 \over {2\pi \times 150kHz}} = 2.122\mu H 2π×150kHz2​=2.122μH	μ H \mu H μH
并联电容	C p = 1 2 π f 0 X 0 C_p = {1 \over {2\pi f_0 X_0 }} Cp​=2πf0​X0​1​	1 2 π × 150 k H z × 2 = 530.5 n F {1 \over {2\pi \times 150kHz \times 2}} = 530.5nF 2π×150kHz×21​=530.5nF	nF
串联电容	C s = 1 ( 2 π f 0 ) 2 ( L 0 − L s ) C_s = {1 \over {\left( {2\pi f_0 } \right)^2 \left( {L_0 - L_s } \right)}} Cs​=(2πf0​)2(L0​−Ls​)1​	1 ( 2 π × 150 k H z ) 2 ( 13.79 − 2.122 ) μ H = 96.48 n F {1 \over {\left( {2\pi \times 150kHz} \right)^2 \left( {13.79 - 2.122} \right)\mu H}} = 96.48nF (2π×150kHz)2(13.79−2.122)μH1​=96.48nF	nF

【表3-3 实际参数】

LCC参数	数值	单位
串联电感	L p = 2.02 L_p = 2.02 Lp​=2.02	μ H \mu H μH
并联电容	C p = 525.9 C_p = 525.9 Cp​=525.9	nF
串联电容	C s = 94.88 C_s = 94.88 Cs​=94.88	nF

 

▌04 绕制LCC电感

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首先选择适合通过高频大电流的Litz线，建议选择大于100股以上的Litz线。然后选择高频低损耗磁环，体积能够容得下绕制电感所需要的匝数。

^{▲ 用于测试的T106-2磁环 左：进口磁环；右：国产磁环}
剩下就是需要确定绕制多少圈Litz。

根据 环形电感计算公式 :

L = N 2 ⋅ A L L = N^2 \cdot A_L L=N2⋅AL​

其中参数：

L L L：电感量（H）
A L A_L AL​：感应系数
N N N：匝数

感应系数 A L A_L AL​本可以从购买到的高频电感数据手册中查到。如果没有查到，也可以通过实际测试获得。

比如使用多股软铜丝线先在磁环上绕制若干圈 N 0 N_0 N0​（比如10圈），然后测量对应的电感量： L 0 L_0 L0​。那么该磁环的感应系数就可以计算出来： A L = L 0 N 0 2 A_L = {{L_0 } \over {N_0^2 }} AL​=N02​L0​​

请注意，如果绕制的匝数不多，实际电感量还与绕制线圈在磁环上的分布密集与松散的情况有关系。

 

※ 讨论总结 ※

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制作一个良好的无线电能收割装置，需要从器件的参数、性能、制作工艺等各方面降低损耗，才能够将无线电能服服帖帖的装进储能法拉电容。

 

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■ 相关文献链接:

• 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
• 无线节能信标核心板V4-测试-2021-4-3
• 无线充电系统在输出部分采用LCC拓扑结构综述研究
• 火中取栗
• 粘贴铜箔简易实验电路制作
• 面包板
• 第十三届智能车竞赛节能组无线充电系统说明
• 倍压整流
• 火中取栗
• 经过标定后的ESP32对于节能信标组充电过程测量
• 环形电感计算公式

标签：电感,电容,over,绕制,uH,充电,2.2,LCC
来源： https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/116258676