智能無(wú)線(xiàn)供電電路

　　筆者所設計的這個(gè)無(wú)線(xiàn)供電裝置，除了傳輸效率比較高，它還有一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)：能自動(dòng)檢測有無(wú)接收部分工作，只有檢測到確有接收器在工作，它才會(huì )連續輻射無(wú)線(xiàn)電能，否則就始終只工作在低能耗的檢測狀態(tài)。其工作方框圖如圖1所示：

　　 　　
發(fā)射部分采用CMOS電路與場(chǎng)效應管的組合，這種組合不僅效率高，而且控制也簡(jiǎn)單易行。發(fā)射線(xiàn)圈采用李茲線(xiàn)和蛛網(wǎng)式繞法，以取得較高的變換效率。電路見(jiàn)圖2a：

　工作原理：

　　1.發(fā)射部分

　　振蕩源由1/4個(gè)CD4011和遙控器用的晶體組成晶振電路，實(shí)測振蕩頻率為560kHz，這個(gè)頻率對收音機的中波段有兩處干擾：560kHz和1120kHz。因手邊沒(méi)有更合適的晶體選擇，也只好將就了。

　　4011是一個(gè)2輸入端與非門(mén)，所以電路能否工作還取決于另一個(gè)輸入端的電位，此輸入端的電位由IC2（555電路）的狀態(tài)決定， IC2輸出占空比約等于1/10的方波，所以使高頻振蕩電路的工作與間歇時(shí)間比也等于1/10。

　　4011的另3個(gè)與非門(mén)并聯(lián)起來(lái)作為推動(dòng)級，把振蕩與輸出級隔離開(kāi)。為了能在小功率的推動(dòng)下也能輸出足夠大的高頻功率，輸出級選用場(chǎng)效應管IRF634，場(chǎng)效應管是一種電壓控制器件，原則上不消耗激勵功率，但它的極間輸入、輸出電容很大，有幾百pF，如果直接接到4011的輸出端，會(huì )因為CMOS門(mén)電路的輸出電流很小而使波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間變大，而導致效率下降。所以我還在CMOS門(mén)電路的后面加了一對互補的三極管，此互補管接成射極輸出，具有極小的輸出電阻，可以使方波的上升和下降時(shí)間大大減小。實(shí)踐證明，加上了這級電路后效率有了明顯提高。而且，使空載和有負載時(shí)的電流有顯著(zhù)的區別，這就為無(wú)線(xiàn)供電的智能化提供了簡(jiǎn)單可靠的檢測依據。

　　在沒(méi)有負載時(shí)，也就是說(shuō)，無(wú)線(xiàn)供電的接收部分沒(méi)有靠近發(fā)射線(xiàn)圈時(shí)，VT3的源極電流很小，R6上的電壓降還不足以使VT4導通，所以IC3的第2腳上沒(méi)有觸發(fā)脈沖，第3腳上也沒(méi)有高電平輸出；一旦接收部分靠近了發(fā)射線(xiàn)圈，從發(fā)射級接收了足夠的能量，于是使得VT3的源極電流增加，R6上也產(chǎn)生了足夠大的電壓，能夠推動(dòng)VT4導通，在VT4的集電極產(chǎn)生了幅度足夠的負脈沖，驅動(dòng)IC3使之輸出高電平。此高電平通過(guò)VD2再送到晶振的控制端，使其工作在連續振蕩狀態(tài)，這樣就完成了負載檢測的任務(wù)。

　　我們說(shuō)這個(gè)電路是智能無(wú)線(xiàn)供電電路，其原因就是它能自動(dòng)檢測有無(wú)負載。沒(méi)有負載時(shí)它工作在間歇狀態(tài)以節約電能，一旦檢測到負載就工作在連續狀態(tài)，使其正常工作。

　　圖2中，Rp作為檢測靈敏度調節；LED為工作狀態(tài)指示（紅燈間歇閃亮為檢測狀態(tài)，綠燈亮為連續工作狀態(tài)）；SA為維修開(kāi)關(guān)，合上后，紅燈連續亮，輸出級連續工作，適于維修或弱負載時(shí)工作。

　　2．接收部分

　　實(shí)際上任何一個(gè)具有接收線(xiàn)圈的裝置都可成為接收電路，這里只是給出其中一例，它可以實(shí)測接收部分的功率，也可以調整撤回路的諧振狀態(tài)，使之靈敏度最高。電路很簡(jiǎn)單，就不再贅述原理了。電路見(jiàn)圖2b：

　　如果不測試接收距離和檢測系統的轉換效率，也可不裝圖2b的電路。

　　零件選擇

　　無(wú)線(xiàn)供電的效率與發(fā)射級的工作狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)也與作為發(fā)射電磁能量的線(xiàn)圈的質(zhì)量也有非常密切的關(guān)系，所以發(fā)射線(xiàn)圈L1我采用36×Φ0.1mm的李茲線(xiàn)，繞在用光盤(pán)作骨架的蛛網(wǎng)板上。見(jiàn)圖3：

　　線(xiàn)圈的骨架用光盤(pán)制作，為了避免渦流損失，光盤(pán)上的金屬鍍層應當去掉。骨架的內徑為66mm，用36股Φ0.1的漆包線(xiàn)繞11匝。圖2b中的接收線(xiàn)圈也繞成蛛網(wǎng)式，用24股Φ0.1的多股漆包線(xiàn)繞8匝。

　　高頻輸出級用大功率場(chǎng)效應管，如IRF系列的634、630均可，或其它耐壓200V，電流5A，最大損耗功率大于20W以上的VMOS管。使用時(shí)需加上面積足夠大的散熱器。

　　諧振電容C4要求用絳綸電容，耐壓200V以上；C11、C12、C13、C14要求耐壓35V以上。定時(shí)電容C5、C10要求容量準確，漏電較小，最好用鉭電容，如果沒(méi)有鉭電容則應采用耐壓25V以上的鋁電解。C7、C8、C11、C12要緊靠IC4焊接。

　　其他元件沒(méi)有什么特殊要求。

　　調試與安裝

　　先調發(fā)射部分。輸入24V的直流電源，當調試開(kāi)關(guān)處在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，LED的紅燈會(huì )以大約1秒的周期閃亮，這說(shuō)明IC2工作正常。合上圖2a中的調試開(kāi)關(guān)SA，使振蕩部分連續工作，這時(shí)紅燈將一直點(diǎn)亮。檢查各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)是否正常，這時(shí)整機電流約50mA，其中VT3的漏極電流約20mA左右。如果24V和9V兩點(diǎn)的電壓正常，可用示波器檢查各關(guān)鍵點(diǎn)的波形。

　　當各點(diǎn)波形基本正常后，用一個(gè)2200pF的絳綸電容（耐壓250V）和一個(gè)1000pF的可變（可用多連可變并聯(lián)而成），仔細調整可變使整機電流最小。量出并聯(lián)的總電容，將一個(gè)或數個(gè)并聯(lián)的固定的等效電容替換原來(lái)的固定和可變電容，并在線(xiàn)路板上焊好。

　　斷開(kāi)維修開(kāi)關(guān)SA使振蕩器工作于間歇狀態(tài)；旋轉Rp到最大使LED綠燈亮，逐漸將Rp減小，使得LED的綠燈熄滅，紅燈剛好閃亮。這時(shí)整機電流在10~20mA間擺動(dòng)。

　　將接收部分靠近發(fā)射線(xiàn)圈，斷開(kāi)接收部分的負載開(kāi)關(guān)SA，則接收器上的指示燈LED會(huì )和發(fā)射部分的LED同步閃亮。同樣，用一個(gè)0.01μF左右的固定電容接到諧振線(xiàn)圈的兩端，逐步拉開(kāi)發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的距離，同時(shí)適當增減諧振電容的大小使指示燈最亮。調整好后，將電容固定下來(lái)，在線(xiàn)路板上焊好。如果用示波器觀(guān)察諧振回路的波形，應該可以看到與發(fā)射線(xiàn)圈頻率相同的正弦波。

　　合上負載開(kāi)關(guān)SA（圖2 b），將接收線(xiàn)圈置于發(fā)射線(xiàn)圈正上方的5~10mm處，這時(shí)發(fā)射部分的雙色LED的綠燈會(huì )自動(dòng)點(diǎn)亮，說(shuō)明發(fā)射部分己檢測到負載，并工作在連續狀態(tài)。如果再次移去接收線(xiàn)圈，綠燈隨即自動(dòng)熄滅，紅燈再次閃動(dòng)，說(shuō)明智能部分的檢測功能正常。如果檢測功能不正常，應仔細調整Rp。

　　當電路檢測到負載時(shí)，發(fā)射部分的總電流約200~300mA，視負載輕重而變。

　　無(wú)線(xiàn)供電臺燈

　　電路和圖2b基本相同，只是將作為假負載的50Ω電阻換成了4只串聯(lián)的大功率LED。接收線(xiàn)圈用Φ1.2mm或更粗的漆包線(xiàn)做成圓盤(pán)狀的線(xiàn)圈，其內徑為67mm繞8匝，兩端各留25cm的引出線(xiàn)，將來(lái)就作為小臺燈的支架。

　　找一個(gè)光盤(pán)，去掉金屬鍍層，在適當地方鉆兩個(gè)小孔，將繞好的線(xiàn)圈引線(xiàn)穿過(guò)光盤(pán)上的小孔，并將線(xiàn)圈粘合在光盤(pán)上。

　　將4個(gè)1W的LED裝在自制的散熱器上。

　　另找一個(gè)直徑80mm的小光盤(pán)（不必去膜）和一個(gè)大小適當的塑料瓶蓋，作為制作臺燈的燈罩的原材料。

　　制作過(guò)程見(jiàn)下面系列圖片。

　　小結

　　1．從場(chǎng)效應管各點(diǎn)波形來(lái)看，輸出級的工作狀態(tài)并不十分理想，尤其是源極電壓波形存在高次諧波，這樣顯然會(huì )使電路的轉換效率降低。究其原因，應該是因為柵極驅動(dòng)電壓的波形過(guò)寬所致。如果使柵極波形改為更窄些的脈沖，使場(chǎng)效應管的導通角更小些，估計效率會(huì )得到提高。

　　2．因制作時(shí)間比較倉促，從24V變9V直接采用了7809模擬穩壓電路，其效率顯然是十分低下的，如果改用開(kāi)關(guān)穩壓電源，則可大幅提高驅動(dòng)部分的效率，使電路在間歇工作狀態(tài)時(shí)更省電。

　　3．本裝置是模擬桌面無(wú)線(xiàn)供電系統而設計的，所以發(fā)射線(xiàn)圈和接收之間的距離大于12mm，這樣也使轉換效率有明顯下降，因為兩線(xiàn)圈距離越大，效率必然越低。

　　4．無(wú)線(xiàn)臺燈只是無(wú)線(xiàn)供電的一種應用，接收部分也完全可以用于無(wú)線(xiàn)充電、水下LED燈或旋轉LED圖