如何自行绕制所需要的2.2uH的电感？ |
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如何自行绕制所需要的2.2uH的电感？
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简 介： 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=N02L0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。 关键词： LCC，高频电感，智能车竞赛，节能组，无线充电 ▌01 如何自行绕制高频线圈 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？
问题2： 卓大大，如何自己绕一个2.2uH的线圈？ ▌02 充电时间 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∫0ti(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=32A
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 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 I05A输入电压 U 0 U_0 U010V接收线圈电感 L 0 L_0 L013.79 μ H \mu H μH工作频率 f 0 f_0 f0150 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=I0U0 10 5 = 2 {{10} \over 5} = 2 510=2Ω输出电感 L s = X 0 2 π f 0 L_s = {{X_0 } \over {2\pi f_0 }} Ls=2πf0X0 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=2πf0X01 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=530.5nFnF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=96.48nFnF 【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=525.9nF串联电容 C s = 94.88 C_s = 94.88 Cs=94.88nF计算LCC也可以使用下面由学生开发的 计算LCC参数的小程序 ： ▌04 绕制LCC电感 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。
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=N02L0 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 ※ 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。 □ 公众号回复1：卓大好: 近我们在尝试进一步提高LCC充电速度,在这个过程中我们发现有的时候LCC的输出似乎会卡在某个电压，充到那里就再也充不动了，初步怀疑是绕的电感有问题。 顺便做个广告:我自己搓的LCC计算器和电容能量计算器:LCC计算器支持自动计算LsCsCp和N(实测N的计算似乎与实际差别较大)电容计算器支持自动计算电容能量，平均充电功率和平均充电电流: http://www.juruoyun.top/jry_wb/jry_wb_small_application/index.php#sc_lcc http://www.juruoyun.top/jry_wb/jry_wb_small_application/index.php#sc_cp 我觉得应该是没写错 □ 公众号回复2：卓大大，后来测量，之所以充电小，还是电容的精度不够。 卓大大，能不能把那篇文章里面的东西遮一下，就是那个充电板。我们队长不让外露，很尬的 ＃ 为啥不让外露呢？大家可以相互参考借鉴一下，相互观摩和学习呀。
■ 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 |
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