如何自行绕制所需要的2.2uH的电感？

简介：感应系数
A

L

A_L

$A_{L}$ 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

$N_{0}$ （比如10圈），然后测量对应的电感量：

L

0

L_0

$L_{0}$ 。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 }}

$A_{L} = \frac{L _{0}}{N _{0}^{2}}$ 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？

^{▲ 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

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 \over C} = {1 \over C}\int_0^t {i\left( \tau \right)d\tau } = {{I \cdot T} \over C}

$V_{C} = \frac{Q}{C} = \frac{1}{C} \int_{0}^{t} i (τ) d τ = \frac{I \cdot T}{C}$

如果使用恒流

$I$ 充电，那么充电时间

$T$ 就等于

⋅

T = {{V_C \cdot C} \over I}

$T = \frac{V _{C} \cdot C}{I}$ 。

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 = 12V

$V_{C} = 12 V$ ）需要一分半钟（90s），那么可以求得充电电流平均为：

⋅

I = {{V_C \cdot C} \over T} = {{12 \times 5} \over {90}} = {2 \over 3},,A

$I = \frac{V _{C} \cdot C}{T} = \frac{1 2 \times 5}{9 0} = \frac{2}{3} A$

^{▲ 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

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 $L_s Ls，电容 C s , C p C_s ,C_p Cs,Cp；$
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 $I_0 I0$	5	A
输入电压 $U_0 U0$	10	V
接收线圈电感 $L_0 L0$	13.79	$\mu H μH$
工作频率 $f_0 f0$	150

【表3-2 参数计算】

参数名称	公式	数值	单位
LCC基本电抗	$X_0 = {{U_0 } \over {I_0 }} X0=I0U0$	$\over 5} = 2 510=2$	Ω
输出电感	$L_s = {{X_0 } \over {2\pi f_0 }} Ls=2πf0X0$	$\over {2\pi \times 150kHz}} = 2.122\mu H 2π×150kHz2=2.122μH$	$\mu H μH$
并联电容	$C_p = {1 \over {2\pi f_0 X_0 }} Cp=2πf0X01$	$\over {2\pi \times 150kHz \times 2}} = 530.5nF 2π×150kHz×21=530.5nF$	nF
串联电容	$C_s = {1 \over {\left( {2\pi f_0 } \right)^2 \left( {L_0 - L_s } \right)}} Cs=(2πf0)2(L0−Ls)1$	$\over {\left( {2\pi \times 150kHz} \right)^2 \left( {13.79 - 2.122} \right)\mu H}} = 96.48nF (2π×150kHz)2(13.79−2.122)μH1=96.48nF$	nF

【表3-3 实际参数】

LCC参数	数值	单位
串联电感	$L_p = 2.02 Lp=2.02$	$\mu H μH$
并联电容	$C_p = 525.9 Cp=525.9$	nF
串联电容	$C_s = 94.88 Cs=94.88$	nF

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。

^{▲ 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 \cdot A_L

$L = N^{2} \cdot A_{L}$

其中参数：

A_L AL​：感应系数 N N N：匝数

感应系数

A_L

$A_{L}$ 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

$N_{0}$ （比如10圈），然后测量对应的电感量：

L_0

$L_{0}$ 。那么该磁环的感应系数就可以计算出来：

A_L = {{L_0 } \over {N_0^2 }}

$A_{L} = \frac{L _{0}}{N _{0}^{2}}$

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:

posted @ 2023-07-20 18:10 SymPny 阅读(172) 评论(0) 收藏举报

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