無(wú)線(xiàn)充電器技術(shù)和解決方案

　　摘要：在移動(dòng)消費電子市場(chǎng)，無(wú)線(xiàn)功率傳輸越來(lái)越普遍。使用此技術(shù)，最終用戶(hù)可方便地對其移動(dòng)電話(huà)或其他便攜設備中的電池充電。它也為設計人員提供了一種開(kāi)發(fā)新型移動(dòng)設備的新方式。無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)發(fā)布了一種稱(chēng)為“Qi”的世界無(wú)線(xiàn)功率傳輸標準。它定義電感耦合類(lèi)型以及功率發(fā)射器和功率接收器操作。本文將討論基本無(wú)線(xiàn)功率傳輸理論;將簡(jiǎn)要介紹WPC的無(wú)線(xiàn)充電標準;并將提供分立式無(wú)線(xiàn)充電器解決方案。

　　基本理論

　　基于電感功率的無(wú)線(xiàn)功率傳輸的基本理論非常簡(jiǎn)單。眾所周知，交變電場(chǎng)將產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)也將產(chǎn)生電場(chǎng)。在發(fā)射器上，直流電已轉換為交流電，并且產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在接收器上，線(xiàn)圈獲取交變磁場(chǎng)的電源，并將交流電轉換為直流電用于輸出負載。

　　發(fā)射器線(xiàn)圈和接收器線(xiàn)圈是分開(kāi)的，具有大漏電感和小耦合因數，因此傳輸效率極低。要提高傳輸效率，必須采用補償電路。常見(jiàn)方法是在發(fā)射器端和接收器端同時(shí)放置補償電容，與發(fā)射器線(xiàn)圈和接收器線(xiàn)圈形成諧振電路以改進(jìn)功率傳輸。圖1顯示兩個(gè)補償電路方法的拓撲。通常，電容放在傳輸端與發(fā)射器線(xiàn)圈形成串聯(lián)諧振電路，而在接收器端有兩種具有不同拓撲的結構類(lèi)型。一種是與接收器線(xiàn)圈形成串聯(lián)諧振電路的電容，另一種是與接收器線(xiàn)圈形成并聯(lián)諧振電路的電容。

　　電壓傳遞函數如下所示，

　　Cp和Lp是發(fā)射器端發(fā)射器線(xiàn)圈的串聯(lián)電容值和電感值，而Cs和Ls是接收器端接收器線(xiàn)圈的串聯(lián)或并聯(lián)電容值及其串聯(lián)電感值。M是互感。ω0 是諧振頻率。ωn是標準化工作頻率。n是兩個(gè)線(xiàn)圈電感的比率。Q是品質(zhì)因數。K是耦合因數。α是發(fā)射器串聯(lián)電容和接收器電容的比率。R是輸出負載。

　　等式(2)中未考慮線(xiàn)圈的串聯(lián)電阻。如果更改電路模型，如圖2，將改變串聯(lián)諧振電路的電壓傳遞函數，如下所示。

　　并聯(lián)諧振電路上的等式與之類(lèi)似。

　　有一些參數對無(wú)線(xiàn)充電器系統產(chǎn)生影響。在無(wú)線(xiàn)充電器應用中，多數系統接收器中使用串聯(lián)諧振電路，因此我們僅討論以下這種電路。