无线充电技术 谐振电容器

无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置。该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

图1：无线充电桩图示

无线充电主要分为以下三种：
1）电磁感应式充电：
利用电磁感应原理进行充电的设备，类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，在发送端连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给用电设备。 

图2：电磁感应式充电

2）磁场共振充电：
由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。

  
图3：磁场共振式充电

3）无线电波式充电：
这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。

表1：三种无线充电装置的对比情况

磁场共振方式，是现在最被看好、将来最有希望广泛应用于电动汽车的一种方式。利用这种原理的车用无线充电系统，就是利用磁共振效应来对电动或混动车辆的动力电池组进行非接触式充电。这个充电过程无需使用传统的电缆即可进行，在需要充电时，车主仅需要将车辆停放在充电板上方即可，因此更加方便、省力。

图4：无线充电桩系统组成

无线充电系统包括：供电组件、充电板、车载接收板和车载控制器。其中充电板内部为D型供电线圈，车载接收板为D型受电线圈。

在电动汽车的外部充电装置中需要用到门极驱动光耦控制IGBT/MOSFET。Silicon labs的门极隔离驱动器Si827x最大驱动电流4.0A，最大传输延时差低至60ns，-40到+150度工作温度，汽车级认证，高达2.5KV的隔离等级（符合UL1577 和 VDE0884标准）,工业领先的共模瞬变抑制（CMTI），严格的时序规格，降低随着温度和年龄的变化，非常高的可靠性。它还提供了独特的功能，如单独pull-up/down输出；UVLO欠压锁定保护功能，关闭驱动器输出；精确的可编程死区时间。输入形式有单路PWM或者双路数字信号输入，同时Si827x提供单路、双路和高低侧输出。非常适合于高速MOSFET驱动，其抗噪声能力强、高效而体积小，被广泛用于变频、伺服及新能源领域，因此在无线充电设备这种需要极速响应的应用中特别适合。

图5：电动汽车无线充电系统原理图

图6：Si827x在无线充电桩中的应用

Si827x应用特点：
1）由于磁共振过程中能量的损失要低于电流在传统线缆中的损耗，因此采用门极隔离驱动器Si827x使得无线充电的效率非常高，可以达到95%以上，超过了线缆充电。
2）在充电速度方面，可以根据实际需求调整充电的功率，范围6.6kW-20kW。
3）可以在400cm米以内完成对车辆的感应充电。
4）按20kW计算，充满电池容量85kWh的电动汽车仅需要不到5小时；而峰值功率50千瓦的快充可以在一小时内充满（半小时充80%）。

随着无线充电技术的不断完善，结合中国智能电网的建设，未来无线充电将用于更加广泛的环境中，以实现车辆的半动态及动态充电。无线充电桩在电动汽车智能充换电服务网络方面的普及必将大大推动电动汽车的大规模应用。