本發(fā)明屬于無線充電部分技術領域，尤其涉及一種用于無線充電的低電場發(fā)射端線圈。

背景技術：

基于A4WP的無線充電系統(tǒng)工作在6.78MHz，它的電源發(fā)射端(PTU)的線圈設計通常需要多圈的螺旋結構以滿足磁場一致性和與電源接收單元(PRU)的耦合的需求。最大的挑戰(zhàn)在于線圈的設計，特別是設計一個大面積的線圈。由于累積的寄生電容相較于工作在低頻率或者小尺寸的線圈會更大，因此能量損耗也會更大。

現(xiàn)有技術無線充電線圈的簡易電路模型和等效寄生電容中，等效寄生電容C代表了線圈單圈之間寄生電容的總和，L代表了多圈線圈的總電感量，R表示線圈的交流和直流電阻和。在引入寄生電容C后，并聯(lián)LC電路的等效阻抗和容抗可以用如下公式表示：

由于線圈的L和C組合的諧振頻率遠低于工作頻率ω，電路等效電阻和電感可以簡化為：

在這個表達式中，很小的并聯(lián)電容對于線圈電感和電阻有倍增的作用。從物理上而言，加上很小的并聯(lián)電容引入了一條與電感中電流相反的電流路徑，因此當此電路被恒流源驅動時(如大多數A4WP無線充電系統(tǒng)實現(xiàn))，流入電感L和電阻R的電流為(I+ΔI)，從而增加了等效電阻和電感。

寄生電容除了會引入能量傳遞時的磁場(H-field)，同時在近場也會引入很強的電場(E-field)。發(fā)射端線圈中很強的電場會影響發(fā)射端模塊的EMC認證。此外，它會導致發(fā)射端線圈的調諧對于外界接近的物體非常敏感，如電介質材料，人的手等，使得電源發(fā)射端系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，甚至失效。

綜上，傳統(tǒng)的無線充電線圈設計受制于自身寄生電容的作用，使得位置的靈活性和電源傳輸距離受到了限制。

寄生電容效應產生很強的電場，會形成對接收端設備的干擾，從而影響接收端設備充電的靈活性；且因為由于電場產生的EMI和RF干擾更大，因此發(fā)射功率會受到限制，從而影響電源傳輸距離。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于無線充電的低電場發(fā)射端線圈，旨在解決傳統(tǒng)的無線充電線圈設計受制于自身寄生電容的作用，使得位置的靈活性和電發(fā)射功率會受到限制，從而影響電源傳輸距離的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種用于無線充電的低電場發(fā)射端線圈，所述用于無線充電的低電場發(fā)射端線圈在A4WP發(fā)射端線圈的每個單圈之間引入用于降低自身寄生電容的負面影響和降低EMI和RF干擾(RFI)的輻射干擾的調諧電容；調諧電容的電容量使得單圈線圈發(fā)生自諧振，阻擋相鄰線圈圈數之間的交流電壓的累計，并使近場磁場效應最小化電場產生。

進一步，調諧電容每個線圈電流值相同。

進一步，使近場磁場效應的同時最小化電場的產生方法包括：

插入的調諧電容通過模型化，等效為C_s1～C_s5，與單圈的電感L₁～L₅和電阻R₁～R₅串聯(lián)；

插入的調諧電容抵消每圈上的等效電感，使得在每圈的相同位置的感抗為0；當此線圈由恒流源驅動時，每圈線圈之間相同位置上的電壓差也最低；使得通過寄生電容的回流電流接近為0；每圈的電流也與驅動恒流源的電流相同；線圈單圈之間的零電壓差使近場電場效應最小化。

本發(fā)明為諧振式無線充電產品系列提供了一個低電場的線圈，優(yōu)勢在于電場干擾更小，更易通過FCC EMI認證，并為大面積1：N充電應用提供了穩(wěn)定的線圈。

本發(fā)明在A4WP發(fā)射端線圈的單圈之間通過引入電容調諧從而降低自身寄生電容的負面影響的方案。引入的調諧電容的電容量使得單圈線圈發(fā)生自諧振，避免了相鄰線圈圈數之間的交流電壓的累計，從而在保證近場磁場效應的同時最小化了電場的產生。本發(fā)明同時降低了EMI和RF干擾(RFI)的輻射干擾。

與傳統(tǒng)線圈電流值比較，本發(fā)明提供的方案通過選擇合適的調諧電容，能夠保證每圈線圈電流值相同(I₆～I₁₀＝I₀)。但傳統(tǒng)方案由于寄生電容的累計效應，每圈線圈上的電流值很大(I₁～I₅-ΔI₁～ΔI₅＝I₀)。

傳統(tǒng)線圈和本發(fā)明中低電場線圈相比，傳統(tǒng)的線圈只有一個并聯(lián)電容，本發(fā)明每圈上都串接了調諧電容。這兩個線圈的尺寸一致，并對距離線圈12mm處的磁場分布一致性進行了優(yōu)化，因此它們單圈間隔不一樣。

傳統(tǒng)線圈和本發(fā)明中低電場線圈兩種線圈接入相同6.78MHz的恒流源，并測量近場的電場和磁場分布。測量結果顯示兩種樣品的磁場強度幾乎一樣，但本發(fā)明提出的線圈相較于傳統(tǒng)線圈電場要小10倍左右。這大大增強的線圈的可靠性，并且更不會輕易受到充電區(qū)域附近物體的影響(比如人身體，設備等)

傳統(tǒng)線圈和本發(fā)明中低電場線圈通過連接開關式電源放大器進行了大量的EMI測試比較。電源放大器電路具有很強的諧波和寬帶噪聲，且相當于一個恒流源。從這兩種線圈樣品的輻射干擾測試結果可以看出，傳統(tǒng)線圈中的基地噪聲和6.78MHz諧波相較于本發(fā)明線圈明顯高出(10+dB)。

本發(fā)明發(fā)射端線圈的單圈間距可能不一樣，單圈的串聯(lián)調諧電容也可能不一樣，并需要對距離發(fā)射端線圈一定距離的磁場進行優(yōu)化，使得磁場分布均勻且一致性好。本發(fā)明中最終線圈的等效電感和電阻基本沒有被放大，這對提高電源的傳輸效率和降低損耗是有幫助的，且基本沒有電場。本發(fā)明解決了寄生電容產生的很強電場的問題，因此對提高位置靈活性和電源傳輸距離都有幫助。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的插入調諧電容的多圈線圈圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的插入調諧電容的多圈螺旋線圈簡化等效電路圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供的用于無線充電的低電場發(fā)射端線圈，在A4WP發(fā)射端線圈的每個單圈之間引入用于降低自身寄生電容的負面影響和降低EMI和RF干擾(RFI)的輻射干擾的調諧電容；調諧電容的電容量使得單圈線圈發(fā)生自諧振，避免相鄰線圈圈數之間的交流電壓的累計，并使近場磁場效應最小化電場產生。

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作詳細描述。

圖1是本發(fā)明的一個實施例例子，它在每圈線圈中間插入調諧電容。這個線圈的等效電路模型如圖2所示，插入的調諧電容通過模型化，等效為(C_s1～C_s5)，與單圈的電感(L₁～L₅)和電阻(R₁～R₅)串聯(lián)。對于常規(guī)的線圈尺寸，串聯(lián)調諧電容(C_sn)一致性并不理想，需要通過EM仿真進行優(yōu)化，為了簡化，下面做出一下假設：每圈的等效電感，電阻和電容為：

(L1＝L2＝L3＝L4＝L5＝3uH,C12＝C23＝C34＝C45＝10pF,R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝0.1Ohm),

插入的每圈諧振電容取值相同(Cs1＝Cs2＝Cs3＝Cs4＝Cs5＝～180pF)。

插入的調諧電容的目的是抵消每圈上的等效電感，使得在每圈的相同位置(比如圖1中的V1,V2…V5點)感抗為0.因此，當此線圈由恒流源驅動時，每圈線圈之間相同位置上的電壓差也最低。這樣也使得通過寄生電容的回流電流(ΔI₆～ΔI₉)也接近為0，每圈的電流也與驅動恒流源的電流相同(I₀)。線圈單圈之間的零電壓差保證了近場電場效應的最小化。整個線圈的等效電感和電阻近似為單圈的電感和電阻值和簡單求和(在這個例子中是15u H和0.5Ohm)，相較于傳統(tǒng)線圈這個值大大減少。

從等效電路模型中V1～V5點的電壓分布仿真結果中，通過合理選擇串接調諧電容值，在6.78MHz頻率下，線圈單圈之間相同點的電位差幾乎為0，從而在近場產生的電場也最小。本發(fā)明提供的方案通過選擇合適的調諧電容，能夠保證每圈線圈電流值相同(I₆～I₁₀＝I₀)。但傳統(tǒng)方案由于寄生電容的累計效應，每圈線圈上的電流值很大(I₁～I₅-ΔI₁～ΔI₅＝I₀)。

傳統(tǒng)線圈中只有一個并聯(lián)電容，本發(fā)明每圈上都串接了調諧電容。這兩個線圈的尺寸一致，并對距離線圈12mm處的磁場分布一致性進行了優(yōu)化，因此它們單圈間隔不一樣。

傳統(tǒng)線圈和本發(fā)明的兩種線圈接入相同6.78MHz的恒流源，并測量近場的電場和磁場分布。測量結果顯示兩種樣品的磁場強度幾乎一樣，但本發(fā)明提出的線圈相較于傳統(tǒng)線圈電場要小10倍左右。這大大增強的線圈的可靠性，并且更不會輕易受到充電區(qū)域附近物體的影響(比如人身體，設備等)

同樣使用傳統(tǒng)線圈和本發(fā)明中的兩種線圈，通過連接開關式電源放大器進行了大量的EMI測試比較。電源放大器電路具有很強的諧波和寬帶噪聲，且相當于一個恒流源。從這兩種線圈的輻射干擾測試結果可以看出，傳統(tǒng)線圈中的基地噪聲和6.78MHz諧波相較于本發(fā)明線圈明顯高出(10+dB)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。