領(lǐng)先設計：工程師詳解近距離無(wú)線(xiàn)充電方案設計

能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內容的完整和真實(shí)，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無(wú)線(xiàn)傳送的想法早已有之，但因為一直無(wú)法突破效率這個(gè)瓶頸，使它一直不能進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。 目前，這個(gè)瓶頸仍然沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。但是如果對傳輸距離沒(méi)有嚴格要求(不跟無(wú)線(xiàn)通信比)，比如在數cm(本文稱(chēng)微距0)的范圍內，其傳輸效率就很容易提高到滿(mǎn)意的程度。如果能用比較簡(jiǎn)單的設備實(shí)現微距條件下的無(wú)線(xiàn)傳能，并形成商業(yè)化的推廣應用，當今社會(huì )隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電子設備將有可能面臨一次新的變革。

引言

無(wú)線(xiàn)電技術(shù)用于通信，已經(jīng)在全世界流行了近一百年。從當初的無(wú)線(xiàn)電廣播和無(wú)線(xiàn)電報，發(fā)展到現在的衛星和微波通信，以及普及到全球幾乎每一個(gè)個(gè)人的移動(dòng)通信、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、GPS等。無(wú)線(xiàn)通信極大地改變了人們的生產(chǎn)和生活方式，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)通信，信息化社會(huì )的目標是不可議的。然而，無(wú)線(xiàn)通信傳送的都是微弱的信息，而不是功率較大的能量，因此許多使用極為方便的便攜式的移動(dòng)產(chǎn)品，都要不定期地連接電網(wǎng)進(jìn)行充電，也因此不得不留下各種插口和連接電纜。這就很難實(shí)現具有防水性能的密封工藝，而且這種個(gè)性化的線(xiàn)纜使得不同產(chǎn)品的充電器很難通用。如果徹底去掉這些尾巴，移動(dòng)終端設備就可以獲得真正的自由，也易于實(shí)現密封和防水。這個(gè)目標必須要求能量也像信息一樣實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸。

能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內容的完整和真實(shí)，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無(wú)線(xiàn)傳送的想法早已有之，但因為一直無(wú)法突破效率這個(gè)瓶頸，使它一直不能進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。

目前，這個(gè)瓶頸仍然沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。但是如果對傳輸距離沒(méi)有嚴格要求(不跟無(wú)線(xiàn)通信比)，比如在數cm(本文稱(chēng)微距)的范圍內，其傳輸效率就很容易提高到滿(mǎn)意的程度。如果能用比較簡(jiǎn)單的設備實(shí)現微距條件下的無(wú)線(xiàn)傳能，并形成商業(yè)化的推廣應用，當今社會(huì )隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電子設備將有可能面臨一次新的變革。

工作原理

將直流電轉換成高頻交流電，然后通過(guò)沒(méi)有任何有有線(xiàn)連接的原、副線(xiàn)圈之間的互感耦合實(shí)現電能的無(wú)線(xiàn)饋送?；痉桨溉鐖D1所示。

本無(wú)線(xiàn)充電器由電能發(fā)送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構成。

1 電能發(fā)送部分

圖2無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元電路圖

如圖2，無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元的供電電源有兩種：

220V交流和24V直流(如汽車(chē)電源)，由繼電器選擇。按照交流優(yōu)先的原則，圖中繼電器的常閉觸點(diǎn)與直流(電池BT1)連接。正常情況下S3處于接通狀態(tài)。

當有交流供電時(shí)，整流濾波后的約26V直流使繼電器吸合，發(fā)送電路單元便工作于交流供電方式，此時(shí)直流電源BT1與電能發(fā)送電路斷開(kāi)，同時(shí)LED1(綠色)發(fā)光顯示這一狀態(tài)。

經(jīng)繼電器選擇的+24V直流電主要為發(fā)射線(xiàn)圈L1供電，此外，經(jīng)IC1(78L12)降壓后為集成電路IC2供電，為保證的動(dòng)作不影響發(fā)送電路的穩定工作，電容C3的容量不得小于2200uF。

電能的無(wú)線(xiàn)傳送實(shí)際上是通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈L1和接收線(xiàn)圈L2的互感作用實(shí)現的，這里L(fēng)1與L2構成一個(gè)無(wú)磁芯的變壓器的原、副線(xiàn)圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應選擇較高的調制頻率，同時(shí)要考慮到器件的高頻特性，經(jīng)實(shí)驗選擇1.6MHz較為合適。

IC1為CMOS六非門(mén)CD4069，這里只用了三個(gè)非門(mén)，由F1，F2構成方波振蕩器，產(chǎn)生約1.6MHz的方波，經(jīng)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來(lái)激勵VMOS功放管IRF640.足以使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)(丁類(lèi))，以保證盡可能高的轉換效率。為保證它與L1C8回路的諧振頻率一致?？蓪4定為100pF，R1待調。為此將R1暫定為3K，并串入可調電阻RP1.在諧振狀態(tài)，盡管激勵是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。