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强化线圈耦合效率 无线充电设备效能倍增
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2017-11-18
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随着无线充电应用日益普及，消费者对无线充电产品的充电效率要求也愈来愈高，因此设计人员须采用可靠且高效能的无线充电晶片，并改良线圈设计，提高线圈耦合效率，才能进一步加快充电速度，同时兼顾产品安全。
无线充电技术并非新应用，早在2008年以前就已经有大量的产品使用类似的功能，例如电动牙刷、刮胡刀、滑鼠与PHS手机等应用。不过，由于充电效能及安全 性等问题，当时一直无法有效推广。时至今日，在电力电子控制晶片改良及标准联盟带领下，无线充电系统无论是高功率、高频带与异物侦测等问题，皆已获得更好 的效能、安全性及通用性。
眼下无线充电应用的瓶颈，主要落在发送器（Tx）与接收器（Rx）间的损失，而线圈间的适配性及磁性材料特性的提升，更扮演着举足轻重的角色。本文将罗列影响线圈传递损失的因子及其控制方式，希望有助于工程师在设计时参考。
精算距离与谐振频率 线圈损耗大幅降低
在现有的无线充电功能模组中（图1），工程师如果简单的切分为Tx、发射端线圈及Rx与接收端线圈，并将其功率损失定义为Wt、Wc与Wr，则总损失为Wtotal=Wt×Wc×Wr，如此一来发射端线圈及接收端线圈之间的传递损失则为总损失之乘数。
图1 无线充电功能模组
在线圈厂内部实验的控制下，当所有参数完全相同时，线圈距离确实是效率最重要的因素之一，但是并非愈近愈好。理论上，线圈距离愈远，充电的效率愈差，主要是因为距离愈远，磁通密度会下降，接收端线圈能感应到的磁通亦随之下降。
基于此一理论，我们可推测线圈距离愈近，效率就愈佳。然而，从线圈厂的实验中可观察到，接收端线圈近到某个距离点后，效率不升反降，这个现象其实是归因于谐 振频率偏移所造成。因为距离的关系，使得Rx端铁素体（Ferrite）接近Tx线圈时，会引起Tx线圈感值上升的现象。这个现象导致谐振频率偏移，进而 造成充电效率会反转下降，如果将距离及充电效率画成曲线，实务上的情况会接近图2。
无线充电技术并非新应用，早在2008年以前就已经有大量的产品使用类似的功能，例如电动牙刷、刮胡刀、滑鼠与PHS手机等应用。不过，由于充电效能及安全 性等问题，当时一直无法有效推广。时至今日，在电力电子控制晶片改良及标准联盟带领下，无线充电系统无论是高功率、高频带与异物侦测等问题，皆已获得更好 的效能、安全性及通用性。
眼下无线充电应用的瓶颈，主要落在发送器（Tx）与接收器（Rx）间的损失，而线圈间的适配性及磁性材料特性的提升，更扮演着举足轻重的角色。本文将罗列影响线圈传递损失的因子及其控制方式，希望有助于工程师在设计时参考。
精算距离与谐振频率 线圈损耗大幅降低
在现有的无线充电功能模组中（图1），工程师如果简单的切分为Tx、发射端线圈及Rx与接收端线圈，并将其功率损失定义为Wt、Wc与Wr，则总损失为Wtotal=Wt×Wc×Wr，如此一来发射端线圈及接收端线圈之间的传递损失则为总损失之乘数。
图1 无线充电功能模组
在线圈厂内部实验的控制下，当所有参数完全相同时，线圈距离确实是效率最重要的因素之一，但是并非愈近愈好。理论上，线圈距离愈远，充电的效率愈差，主要是因为距离愈远，磁通密度会下降，接收端线圈能感应到的磁通亦随之下降。
基于此一理论，我们可推测线圈距离愈近，效率就愈佳。然而，从线圈厂的实验中可观察到，接收端线圈近到某个距离点后，效率不升反降，这个现象其实是归因于谐 振频率偏移所造成。因为距离的关系，使得Rx端铁素体（Ferrite）接近Tx线圈时，会引起Tx线圈感值上升的现象。这个现象导致谐振频率偏移，进而 造成充电效率会反转下降，如果将距离及充电效率画成曲线，实务上的情况会接近图2。
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efans_4aa9fa
2021-07-19
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