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因此,如果耦合系数从 0.5 变为 0.4,相同功率输出的电感会增加至先前电感的1.6 倍。这就意味着新电感为 ~16 µH。如方程式 5b 所示,线圈电感与匝数与比例关系。
表 1 列出了专为该系统设计的某些常见线圈的二次电感和耦合系数。
表 1 典型线圈示例表
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请注意,这些经验法则适用于一般平面线圈,主要用作设计入门。实际设计可利用仿真工具获得最理想的优化,如图 7 中流程图所示。
Rx 线圈电感测量
Rx线圈电感是一个非常重要的参数,它表明了 Rx AC/DC 功率级的电气响应(例如:电压增益和输出阻抗等)。要想保持一致的响应,不同系统方案中电感的变化必须最小。由于 Qi 标准的通用性,Rx 线圈可以放置在不同类型的 Tx上,而这可能会影响 Rx 线圈电感——从而影响电气响应。
根据 WPC 规范的 4.2.2.1 小节内容,可使用图 8 所示测试配置结构,对 Rx线圈电感 L′S 进行测量。隔离垫片和 Tx 屏蔽材料为模拟 Rx 线圈周围的 Tx 组件提供了参考。在这种测试配置结构中,Tx 屏蔽为 TDK 公司的 50 × 50 × 1-mm 铁氧体材料(PC44)。利用非金属隔离垫片,使间隙 dZ 达到 3.4 mm。然后,将 Rx 线圈放置在该垫片上,使用 1-V RMS 和 100 kHz 测量 L′S。另外,在没有 Tx 屏蔽的情况下,可对无间隙 Rx 线圈电感 Ls 进行测量。
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图 8 Rx 线圈电感(L′S)测量测试配置图
WPC 规范并未详细说明常见系统方案对 L′S 和 Ls 测量的影响。对这些参数最为常见的影响是在 Rx 线圈背后有一颗电池。由于封装材料和电池的构造问题,当在其背后放置电池时,Rx线圈电感通常会降低。除电池以外,Tx 线圈结构中磁体的存在,也会对电感产生影响。(参见 WPC 规范1的 3.2.1.1.4 小节内容)该磁体相当于一个 Rx 线圈屏蔽材料的压力源,其中,屏蔽材料的磁性饱和点是一个关键参数。如果磁体存在时Rx线圈屏蔽材料饱和,则线圈电感急剧下降。由于 Qi 标准对有磁体和无磁体 Tx 线圈组件都进行了规定,因此设计人员需要知道两种情况下电感的变化,因此电感的任何变化都会改变 Rx 的谐振微调。请注意,图 8 所示测试配置结构并没有包括磁体。当包括某个磁体时,其磁通量密度应介于 75 和 150 mT 之间,而其通径应为最大值 15.5 mm。这就意味着,电力传输时 Tx 线圈的典型 30-mT 磁场,约为该磁体磁场强度的 20%。
为了方便理解 Rx 线圈电感的性能,除 L′S 和 Ls 建议测量方法以外,表 2 还对其他参数进行了定义说明。当测量涉及电池时,电池的放置应与其在最终系统中的方向/位置相同。请注意,最终工业设计中所使用的材料也可能会影响最终电感测量结果。因此,当对调谐电路进行配置时,最终测量应使用最终移动设备工业设计的所有组件。表 1 所列测量用于屏蔽和验证可能的 Rx 线圈。
表 2 开发期间需要测量的 Rx 线圈电感参数
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表 3 总结了一个可接受型线圈设计的测得电感,以及使用固定串联和并联谐振电容的谐振频率。这里,L′S_b 用于电容计算。(详情参见下一小节“Rx 线圈调谐”。)请注意,它们可能会以L′S的百分比线性变化,并可用作原型线圈验收的一种参考。
表 3 举例线圈测得电感
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Rx 线圈调谐
简化版 Rx 线圈网络由一个串联谐振电容 C1 和一个并联谐振电容 C2 组成。这两个电容组成了一个使用 Rx 线圈的双谐振电路(参见图 9),其大小尺寸必须根据 WPC 规范来正确选择。