無(wú)線(xiàn)充電原理深層解析

圖1b：圖1a所示發(fā)送器-接收器對的等效電路。

使用兩組電極或極板就可以透過(guò)靜電感測實(shí)現能量的傳輸。充電器或‘發(fā)送器’和可攜式設備或‘接收器’用來(lái)有效地在組成電容器的合適尺寸金屬表面間實(shí)現縱向的示駁珩詈?。其中莿?dòng)電極或主動(dòng)電極要比另外一個(gè)電極小，上面施加的電壓較高，另外一個(gè)電極則是被動(dòng)電極，尺寸較長(cháng)，上面的電壓較低。當然正常情況下，電容器傳輸的能量是很小的，這與電極面積小有很大的關(guān)S。因此，為了滿(mǎn)足給消費設備充電所需的功率水(例如從5W至25W)，需要增加電極尺寸和耦合的電壓值，具體取決于實(shí)際的配置。

圖2a顯示了裼玫縟萜鞔輸能量的充電器方法例子架構圖，其中使用的接收器和發(fā)送器模組是村田公司最近開(kāi)發(fā)出的新產(chǎn)品。這種模組化方法允許工程師集中精力開(kāi)發(fā)耦合區的電極設計，因而有助于快速開(kāi)發(fā)出無(wú)線(xiàn)充電功能。透過(guò)靜電方法傳輸的能量大小直接正比于所使用的頻率。因此用更高的頻率驅動(dòng)電極對可以使設計處理更高的功率。然而，各個(gè)國家對所使用的頻率和電場(chǎng)強度都有限制規定。實(shí)際上這種配置可以形成一種非常有效的天線(xiàn)結構，因此EMI因素通常會(huì )限制設計靈活性。為了實(shí)現耦合電極之間的無(wú)線(xiàn)收發(fā)、同時(shí)盡量減少對外的輻射量，需要進(jìn)行正確地設計。因此需要進(jìn)一步理解和確定正確的電極尺寸、它們的設計、工作電壓、功率值、最佳工作頻率和總的尺寸約束條件。一般情況下，理想的頻率圍在200kHz至 1MHz之間，有效耦合區的電壓值在800V至1.52kV之間。

圖2a：電容器傳輸充電器架構圖。

圖 2b顯示，對于一個(gè)滿(mǎn)足EMI相容要求的10W充電器來(lái)說(shuō)，發(fā)送至接收電容器耦合過(guò)程中存在電壓步升和步降現象。裼媚Ｗ榛架構的設計概念允許裝置u造商將模組作為黑盒子，因而方便發(fā)送器和接收器的整合。發(fā)送器設計覆蓋到電源的鏈路、無(wú)線(xiàn)能量傳輸的控制以及根據位置靈活性目標對任何外形的主動(dòng)耦合電極的控制。在接收器側，電池介面決定了設計如何從主動(dòng)耦合電極區域透過(guò)下變頻模組正確地接收功率。由于可攜式設備中使用的電池種類(lèi)非常廣泛，所以電路介面的標駛設計代表著(zhù)向非常方便的設計邁出了一大步，同時(shí)也要考慮到更具挑戰性的概念，比如更快的充電速度。主要得益于歐盟委員會(huì )持續施加的壓力，微型USB 5V充電介面正成為歐洲所有行動(dòng)手機的標省

圖2b：電壓步升和步降是10W充電器中發(fā)送至接收電容器耦合過(guò)程的一部份。

與感測方法相較，使用示駁绱輸的關(guān)鍵優(yōu)勢之一是，待充設備在充電基座(或充電托盤(pán))上的位置要求不是那么嚴格。透過(guò)x-y(表面)方向的精心設計，當接收器遠離發(fā)送源時(shí)，仍能保持高效率且曲線(xiàn)相對平坦的能量傳輸，對任何設計(即使是有線(xiàn)充電器)來(lái)說(shuō)效率典型值為80%左右，因此具有非常高的位置容差性能，而z(高度)仍然是最具挑戰性的設計參數。

另外，使用扁平方形或矩形的桌面托盤(pán)或接近垂直的接續架子允許以任何方向擺放充電設備，不一定需要很精確。此外，由于主要的主動(dòng)接收電極可以由簡(jiǎn)單的薄銅箔搭建(這種銅箔的厚度在幾個(gè)微米數量級，嵌入在塑料覆蓋材料中)，因此將它整合進(jìn)消費設備要比整合功率感測器簡(jiǎn)單得多。