圖2：有各種線(xiàn)圈尺寸和形狀可供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)選用。表1列出了這個(gè)套件中提供的各種尺寸。

 

圖3：無(wú)線(xiàn)電力傳輸?shù)脑?/div>
NuCurrent線(xiàn)圈

NuCurrent公司有一種無(wú)線(xiàn)充電天線(xiàn)技術(shù)可以兼容A4WP、Qi和PMA標(biāo)準(zhǔn)。用戶(hù)使用該公司的解決方案后無(wú)需過(guò)多的考慮標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，因?yàn)檫@些解決方案對(duì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)化。通過(guò)使用他們的多模解決方案，接收線(xiàn)圈可以與包括Qi、PMA和A4WP在內(nèi)的各種發(fā)射器一起配合工作。事實(shí)上，NuCurrent的高效率諧振器已被選擇用于首款商用A4WP認(rèn)證產(chǎn)品和WPC標(biāo)準(zhǔn)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)車(chē)載充電(即將手機(jī)放在汽車(chē)中央扶手上進(jìn)行充電)。NuCurrent公司還宣布了戰(zhàn)略性合作伙伴和來(lái)自Molex的投資，其產(chǎn)品被選擇作為博通和宜普等其它無(wú)線(xiàn)充電行業(yè)領(lǐng)先公司開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中的參考天線(xiàn)。

好吧，如果宜普公司選擇NuCurrent作為合作伙伴，那么我深信他們肯定有某些特殊的地方。宜普公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)堅(jiān)固耐用的高速大功率eGaNMOSFET，這些器件適合用作無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈的大功率驅(qū)動(dòng)器，而且宜普的應(yīng)用工程人員是一個(gè)極具才能的團(tuán)體。

因此，筆者專(zhuān)門(mén)對(duì)發(fā)明印刷線(xiàn)圈技術(shù)的這家設(shè)計(jì)公司進(jìn)行了調(diào)查，并于最近采訪(fǎng)了公司的首席執(zhí)行官JacobBabcock。NuCurrent線(xiàn)圈有何不同？Babcock告訴說(shuō)，這些線(xiàn)圈具有市場(chǎng)上最高的品質(zhì)因數(shù)。

什么是品質(zhì)因數(shù)Q？

WPC對(duì)Q的定義是：

對(duì)于相同體積和形狀但繞組安排不同的線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)，其電感L和電阻R的比值保持不變。為了區(qū)別不同的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，將這個(gè)比值定義為品質(zhì)因數(shù)Q是有意義的。

電感中同一電流感應(yīng)的電壓隨頻率f以及器件中的視在功率變化而變化。品質(zhì)因數(shù)的一般定義基于的是視在功率與器件中功率損失之比。根據(jù)這個(gè)定義，可以推導(dǎo)出一個(gè)線(xiàn)圈的品質(zhì)因數(shù)：

Q=ωL/R

其中ω=2πf:

品質(zhì)因數(shù)Q的取值范圍是0到無(wú)窮大，雖然對(duì)線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)很難獲得遠(yuǎn)大于1000的值。對(duì)于批量產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，可以期待的品質(zhì)因數(shù)大約是100左右。低于10的品質(zhì)因數(shù)就不是很有用了。這些值必須按典型的數(shù)量級(jí)加以考慮。

對(duì)于固定的工作頻率來(lái)說(shuō)，品質(zhì)因數(shù)Q主要取決于線(xiàn)圈的形狀和尺寸以及所用的材料。標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)圈技術(shù)(比如線(xiàn)繞線(xiàn)圈、PCB線(xiàn)圈)一般都規(guī)定有品質(zhì)因數(shù)值。

與傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)充電天線(xiàn)相比，NuCurrent器件體積更小，可以延長(zhǎng)電池壽命，覆蓋更遠(yuǎn)的距離，并具有更低的發(fā)熱量，對(duì)準(zhǔn)的靈活性也更強(qiáng)。

WPC和A4WP使用的兩個(gè)最常用的天線(xiàn)頻率分別是150kHz和6.78MHz。

圖4：NuCurrent技術(shù)可以用來(lái)創(chuàng)建高效靈活的無(wú)線(xiàn)充電天線(xiàn)(NuCurrent公司特別提供)

在低頻(Qi兼容)下，系統(tǒng)通常工作在大約2cm的較近距離，印刷線(xiàn)圈的好處在于耐用性、靈活性、可擴(kuò)展性，并且方便集成。

在較高頻率(A4WP兼容)下，潛在好處是更遠(yuǎn)的電力傳輸距離、更好的方向靈活性和更小的尺寸。這種天線(xiàn)在這里被稱(chēng)為“諧振器”，憑借它們的小型尺寸和低廉價(jià)格，它們可以提供可能最好的Q值，因?yàn)樗鼈冇兄趯⒃O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)到像PCB和柔性電路等標(biāo)準(zhǔn)制造工藝中。

線(xiàn)圈技術(shù)的兩大突破

Babcock告訴說(shuō)，是兩大根本性突破才使得他的技術(shù)得以浮出無(wú)線(xiàn)電力傳輸領(lǐng)域水面。他的第一項(xiàng)努力成果是無(wú)線(xiàn)充電植入器。

一個(gè)是固有的“趨膚效應(yīng)”，另一個(gè)是“接近效應(yīng)”。

高頻“趨膚效應(yīng)”和“接近效應(yīng)”在Babcock的無(wú)線(xiàn)充電植入設(shè)計(jì)中是很突出的兩個(gè)問(wèn)題。他對(duì)如何最大程度地減小這些效應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)如果導(dǎo)線(xiàn)中的電流被分流到多條更小直徑的導(dǎo)線(xiàn)上，可以顯著減小電阻，效率也比其它印刷方法和磁性導(dǎo)線(xiàn)要高得多。從某種程度上，這就像在堅(jiān)固的、可擴(kuò)展的印刷基板中放置易受干擾的、不一致但低電阻的利茲線(xiàn)。

效率

效率與具體應(yīng)用有關(guān)，但總的來(lái)說(shuō)，NuCurrent公司的電感效率在高頻(1MHz+)時(shí)比其它任何種類(lèi)的電感都要高。它們的Q值在150KHz和6.78MHz時(shí)分別提高了20%和60%。

NuCurrent這種私有技術(shù)的基本前提是減輕了較高頻率時(shí)在導(dǎo)線(xiàn)中發(fā)生的典型高頻“趨膚效應(yīng)”。他們的設(shè)計(jì)提供更多的表面積供電流流動(dòng)，因此可以幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更高的效率、更小的尺寸、更好的耐用性和更低的成本。

NuCurrent公司的設(shè)計(jì)工具和私有算法采用多層(ML)導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)，可以將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為具有比大多數(shù)其它解決方案更低電阻和更高Q值的電感性結(jié)構(gòu)。這些設(shè)計(jì)支持FR-4或柔性聚酰亞胺上實(shí)現(xiàn)不同形狀的多層多匝數(shù)(MLMT)導(dǎo)線(xiàn)。

NuCurrent結(jié)構(gòu)從單位1到1000表現(xiàn)得更加一致；在惡劣環(huán)境中更具魯棒性；在大批量時(shí)具有更高的成本效益；無(wú)需任何焊接就可以直接集成進(jìn)PCB或其它基板(最新發(fā)展成果是集成到家具內(nèi)部，比如衣柜、餐桌等)。

圖5：NuCurrent專(zhuān)利性技術(shù)將頻率和電阻分解開(kāi)來(lái)；可以減輕電感中的高頻效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的效率/更高Q值的電感。

相關(guān)閱讀：

盤(pán)點(diǎn)便攜設(shè)備的無(wú)線(xiàn)充電設(shè)計(jì)和線(xiàn)圈要求
盤(pán)點(diǎn)：全新的無(wú)線(xiàn)充電模式，發(fā)展?jié)摿Τ跸胂?/a>
深度剖析無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)