無(wú)線(xiàn)充電應用的次級端整流橋應用方案研究

　　摘要：本文主要介紹了在無(wú)線(xiàn)充電應用中，如何進(jìn)行次級端的整流橋設計，并對三種設計方案進(jìn)行了比較，得出采用2顆肖特基二極管和2顆MOSFET的最佳最佳整流橋配置方案。

　　簡(jiǎn)介

　　如今，業(yè)界持續需要移動(dòng)(on-the-go)電源管理，無(wú)線(xiàn)(無(wú)接觸式)充電方案在市場(chǎng)正變得越來(lái)越流行。雖然能效不如現有線(xiàn)纜充電方案高，但無(wú)線(xiàn)充電方案為消費者提供更多便利，亦省下了額外的充電線(xiàn)纜。無(wú)線(xiàn)充電的應用領(lǐng)域涵蓋便攜電子產(chǎn)品、汽車(chē)，甚至是醫療等行業(yè)。當今的高科技社會(huì )越來(lái)越渴求針對多種電子設備的便利充電方案。潛在的無(wú)線(xiàn)充電市場(chǎng)機遇包括汽車(chē)、機場(chǎng)及家中應用。如今游戲平臺也為游戲控制器提供無(wú)線(xiàn)充電選擇，目的是為消費者提供更多便利。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)變得更加流行，許多手機制造商已經(jīng)開(kāi)始提供集成了額外電路以使產(chǎn)品兼容無(wú)線(xiàn)充電的電池蓋。

　　無(wú)線(xiàn)充電并非新概念。電動(dòng)牙刷和剃須刀使用這種充電方法已經(jīng)有些年頭了。消費者簡(jiǎn)單地將設備置于基座(base unit)上來(lái)給電池充電，而不需要暴露的金屬觸點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)充電減少或省去充電線(xiàn)纜，且能夠同時(shí)為多個(gè)設備充電，只要簡(jiǎn)單地將它們置于同一個(gè)充電板上就可以了。

　　無(wú)線(xiàn)充電是通過(guò)使用空芯(air-core)變壓器來(lái)實(shí)現的。初級繞組位于充電板，次級繞組位于設備本身。充電板在次級繞組感應出電流，此電流通過(guò)手持設備內的全橋整流器及額外電路，產(chǎn)生直流電壓來(lái)為電池充電。圖1顯示了無(wú)線(xiàn)充電電路的框圖示例?；捎脴藴时谑讲遄╇?。一旦手持設備置于基座上，電池就開(kāi)始充電。

　　變壓器基本原理

　　當電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，就產(chǎn)生磁場(chǎng)。變壓器利用這基本屬性從一個(gè)繞組感應電流到另一個(gè)繞組。匝數比N指的是次級端繞組的匝數與初級端繞組匝數之比。

　　匝數比用于計算次級端繞組中感應的電壓和電流。次級端繞組產(chǎn)生的電壓可用下述等式來(lái)計算：

　　次級端繞組電流的計算等式如下：

　　變壓器可以設計為不同的配置，并使用磁芯材料在次級繞組中感應出磁場(chǎng)。磁導率(µ)衡量的是變壓器中產(chǎn)生磁場(chǎng)的有效性。換句話(huà)說(shuō)，磁導率指的是變壓器能夠以多高的效率將電能提供給次級繞組。磁導率越高，變壓器將電能從初級傳輸到次級的效率就越高。本征磁導率指的是真空磁導率，其定義為：

　　單位是牛頓每平方安培。相對磁導率的定義是特定材料的磁導率除以本征磁導率，即

　　如今業(yè)界使用最廣泛的材料是磁芯。錳鋅鐵氧體磁芯的相對磁導率是640或更高。然而，對于無(wú)線(xiàn)充電器而言，磁芯材料是空氣。這是因為初級繞組處于與次級繞組相隔離的基座中?？諝獾南鄬Υ艑适?，使變壓器的能效低得多。由于變壓器能效低，電路其它部分的能效就變得極為重要。

　　次級端整流橋

　　全橋整流器及濾波器電路通過(guò)感應在次級繞組的交流信號產(chǎn)生恒定直流電壓。圖2顯示了使用4顆二極管配置的全橋整流器電路。

　　當二極管1和3正向偏置時(shí)，二極管2和4反向偏置，反之亦然。因此，整流橋的主要功率損耗就是兩個(gè)二極管上的正向壓降。標準二極管的壓降約為0.7V。這表示兩個(gè)二極管的功率損耗為：

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