第一部分：核心原理 - 为什么需要特定的线圈？
无线供电（更准确地说是磁感应耦合）的基本原理是法拉第电磁感应定律。
（图片来源网络，侵删）
- 发射端（初级线圈）：通以高频交流电,产生一个变化的磁场。
- 接收端（次级线圈）：放置在发射端磁场范围内，磁场穿过它，根据电磁感应定律，线圈两端会产生感应电动势（电压），如果接上负载,就会有电流通过。
关键点：
- 耦合系数：两个线圈越靠近、越对齐，能量传输效率就越高,这就是为什么无线充电要对准。
- 谐振：为了在较远的距离上实现高效的能量传输，通常会使用谐振耦合，即在发射和接收电路中都加入电容器，使它们在同一个特定频率下发生谐振，这就像两个频率相同的音叉，敲击一个,另一个即使隔开一段距离也会发声。
第二部分：线圈制作的核心要素
在动手制作之前，你必须了解以下几个关键参数,它们直接决定了你制作的线圈性能。
线圈电感
- 是什么：线圈固有的属性，抵抗电流变化的特性,单位是亨利。
- 为什么重要：它是决定谐振频率的核心参数之一,你需要根据你选择的谐振电容和目标工作频率来计算出所需的电感值。
- 如何计算：
- 对于单层空芯线圈，可以使用韦伯公式进行估算：
L (μH) ≈ (r² * N²) / (9r + 10l) L: 电感，单位是微亨r: 线圈的平均半径，单位是厘米N: 线圈的匝数l: 线圈的长度，单位是厘米- 更简单的方法：使用在线圈电感计算器，你只需输入线圈的内径、外径、线径和匝数，它就能帮你算出电感值,强烈推荐使用这种工具！
- 对于单层空芯线圈，可以使用韦伯公式进行估算：
谐振频率
- 是什么：电路（线圈+电容）发生谐振时的频率,单位是赫兹。
- 为什么重要：为了让能量传输最有效率，发射和接收端必须在同一个频率下工作。
- 如何计算：
f = 1 / (2π * √(L * C))f: 谐振频率L: 线圈电感C: 电容- 圆周率，约3.14159
- 这个公式可以变形为
C = 1 / ( (2πf)² * L ),用于根据你想要的频率和已有的线圈电感来计算所需的电容值。
线圈材质与线径
- 材质：通常使用漆包铜线,铜是极佳的导体。
- 线径：线径越粗，电阻越小，能承载的电流越大，发热也越小，对于小功率DIY项目，0.3mm - 1.0mm 的漆包线都适用,大功率则需要更粗的线。
线圈骨架
- 是什么：绕制线圈时用的支撑物。
- 选择：
- 空心：最简单，电感值相对较小，Q值（品质因数）高。
- 带铁氧体磁芯：在骨架中加入铁氧体磁芯（如磁棒、磁环），可以显著增加电感值，并将磁场约束在线圈内部，提高耦合效率和传输距离,这是大多数DIY项目的首选。
- 材料：可以使用硬纸板、塑料瓶、PVC管等作为骨架。
第三部分：DIY 制作步骤（以磁共振为例）
我们将制作一对用于磁共振无线供电的线圈,发射端和接收端结构类似。
目标示例
- 目标频率：约 100 - 200 kHz（这是一个常见的DIY频率范围,元件易得）
- 发射端：12V 供电，驱动一个半桥或全桥电路（如基于IR2110的驱动）。
- 接收端：为手机等5V设备充电。
所需工具和材料
- 线圈：
- 漆包铜线 (建议使用 0.5mm 或 0.6mm)
- 骨架 (直径 5-10cm 的 PVC 管或硬纸筒)
- 铁氧体磁芯 (非常重要！EE 型、UI 型或环形磁芯,用于磁棒或磁环)
- 电容：
- 谐振电容：需要耐高压、低损耗的电容。CBB 电容 或 MKP 电容 是最佳选择，你需要计算值,并准备几个不同容值的以便调试。
- 滤波/耦合电容：电解电容。
- 驱动电路：
- 发射端：一个能够产生高频交流电的电路，最简单的方案是使用 555芯片 配合MOSFET管，但效率不高，推荐使用 基于IR2110的半桥驱动电路，配合 SG3525 或 TL494 等PWM控制器,效率更高。
- 接收端：一个整流滤波电路，将感应到的交流电转换成直流电，可以使用 二极管全桥整流 + 电容滤波，再通过 LDO（低压差线性稳压器，如AMS1117-5.0） 或 DC-DC降压模块 稳压到5V。
- 工具：
- 电烙铁、焊锡
- 剥线钳、尖嘴钳
- 热熔胶枪或电工胶带
- 万用表（必备，用于测量电阻、通断）
- LCR数字电桥（强烈推荐！用于精确测量线圈的电感值和电容的实际值,没有它调试会很困难）
- 示波器（专业级调试工具,用于观察波形和频率）
详细制作步骤
第一步：设计与计算
（图片来源网络，侵删）
- 确定骨架和磁芯：选择一个你想要的线圈大小，比如PVC管外径8cm，准备一根合适的铁氧体磁棒（直径1-1.5cm，长度略长于线圈）。
- 估算电感：假设我们想做一个电感值约为 100μH 的线圈。
- 计算谐振电容：
- 目标频率设为
f = 150 kHz。 C = 1 / ( (2 * 3.14159 * 150000)² * 0.0001 ) ≈ 0.011μF，即 11nF。- 你可以准备一个10nF和一个2.2nF的CBB电容，并联起来使用,方便微调。
- 目标频率设为
第二步：绕制线圈
- 固定磁芯：将铁氧体磁芯放入你选择的PVC管中。
- 固定线头：在PVC管的一端用热熔胶或胶带固定漆包线的线头,留出一段引线。
- 开始绕线：用手或绕线机，紧密、平整地在PVC管上（连同磁芯）一层一层地绕线，记住你绕了多少圈！
- 示例：绕100圈。
- 固定线尾：绕到你想要的匝数后，用胶带固定线尾,并留出引线。
- 处理引线：将首尾两端的漆包线的绝缘漆刮掉一小段,以便焊接。
第三步：测量与匹配
- 测量电感：使用 LCR电桥，选择合适的频率（如1kHz），测量你绕制好的线圈的实际电感值,它很可能和你估算的不一样。
- 调整电容：根据测得的实际电感值
L_real，重新计算所需的电容值C_needed。C_needed = 1 / ( (2πf)² * L_real )
- 选择电容：从你的电容库中挑选最接近
C_needed的电容值，如果需要，可以将多个电容串联或并联来得到精确值。- 串联：总电容减小,耐压升高。
- 并联：总电容增大，耐压不变（取最小值）。
第四步：组装电路
- 发射端：
- 按照你选择的驱动电路（如IR2110半桥）的原理图，将MOSFET、驱动芯片、PWM控制器等元件焊接在洞洞板或PCB上。
- 将你的发射线圈和谐振电容**并联**在一起,然后连接到半桥电路的输出端。
- 接收端：
- 将你的接收线圈和谐振电容**并联**在一起。
- 在接收线圈的两端，并联上全桥整流电路（4个1N4007二极管）。
- 在整流电路的输出端，并联一个大容量电解电容（如470μF/25V）进行滤波。
- 将滤波后的电压输入到 AMS1117-5.0 的输入端，输出端并联一个10μF的电容,即可得到稳定的5V电压。
第五步：测试与调试
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- 安全第一！：发射端涉及高压，请务必在绝缘良好的环境下操作,不要用手触摸任何带电部分。
- 上电测试：
- 先不要接接收线圈，给发射端通电，用示波器观察半桥输出的波形是否为正常的方波或正弦波,频率是否正确。
- 确认发射端工作正常后,断开电源。
- 耦合测试：
- 将接收线圈放置在发射线圈上方（保持同轴）。
- 再次给发射端通电，用万用表测量接收端整流滤波后的电压，当距离合适时,你应该能测量到几伏到十几伏的直流电压。
- 接上负载（例如一个5V的LED灯），如果灯亮了，恭喜你,成功了！
- 优化：
- 如果效率不高或传输距离近，可以尝试：
- 调整谐振电容的值,使两端电路达到精确谐振。
- 增加线圈匝数（但会增加电阻和成本）。
- 使用更粗的漆包线。
- 增加铁氧体磁芯的数量或尺寸。
- 如果效率不高或传输距离近，可以尝试：
第四部分：常见问题与注意事项
- Q值：Q值是衡量线圈谐振性能的指标，
Q = (2πfL) / R，Q值越高，线圈在谐振频率下的电阻越小，能量损耗越小，效率越高，使用粗线、多股线（利兹线）和高品质电容可以提高Q值。 - 频率稳定性：负载变化时，谐振频率可能会发生偏移，导致效率下降，更高级的系统会使用频率自动跟踪技术。
- 安全：
- 功率限制：DIY项目功率不宜过大，否则线圈会发热，甚至损坏元件,有火灾风险。
- 电磁辐射：高频电路会产生电磁辐射,注意屏蔽。
- 金属异物：不要在无线充电板上放置金属物体，它会因涡流效应而发热,非常危险！
希望这份详细的指南能帮助你成功制作出自己的无线供电线圈！祝你玩得开心！
