無線充電器技術(shù)及低成本設(shè)計方案

　　感應(yīng)式無線電力傳輸變得越來越流行。最近，許多手機制造商宣布他們生產(chǎn)的新型手機將支持無線充電功能。大多數(shù)新型手機都使用了基于感應(yīng)電力傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/無線充電">無線充電技術(shù)。這種技術(shù)也可用于其他便攜設(shè)備。為了令無線充電系統(tǒng)的設(shè)計更加簡單，無線充電聯(lián)盟(WPC)孕育而生，并提出了一個低功耗標準。

　　本文將介紹無線電力傳輸?shù)幕纠碚摬⒏攀鯳PC提出的“Qi”標準。最后，將介紹一個符合Qi標準的低成本分立式無線充電器解決方案。

　　基本理論

　　基于感應(yīng)電源的無線電力傳輸?shù)幕纠碚摲浅：唵?。眾所周知，交流電場將產(chǎn)生磁場，交流磁場也將產(chǎn)生電場。在發(fā)射機中，直流電源轉(zhuǎn)換為交流電，并產(chǎn)生交流電場。在接收機處，線圈拾取來自交流磁場的電源，并將交流電轉(zhuǎn)換成直流電作為輸出負載。

　　發(fā)射線圈和接收線圈彼此分離，泄漏電感大且耦合系數(shù)小。因此，傳輸效率非常低。為提高傳輸效率，必須采用一個補償電路。常用方法就是在發(fā)送機側(cè)和接收機側(cè)分別放置一個補償電容，形成一個帶有發(fā)送線圈和接收線圈的諧振電路，用于改善電源傳輸。圖1顯示了兩個補償電路方法的拓撲結(jié)構(gòu)。通常情況下，在發(fā)送機側(cè)放置一個電容以形成帶有發(fā)送線圈的串聯(lián)諧振電路，而在接收機側(cè)有兩種不同的拓撲結(jié)構(gòu)。一種是形成帶有接收線圈的串聯(lián)諧振電路的電容，另一種是形成帶有接收線圈的平行諧振電路的電容。

　　圖1 -兩個諧振電路拓撲結(jié)構(gòu)。

　　電壓傳輸函數(shù)如下所示：

　　Cp和Lp為發(fā)射機側(cè)發(fā)送線圈的串聯(lián)電容值和電感值，而Cs和Ls為接收機側(cè)接收線圈的串聯(lián)或平行電容值和串聯(lián)電感值。M為互感系數(shù)。ω0為諧振頻率。ωn為標準化工作頻率。n為兩個線圈電感的比率。Q為品質(zhì)因子。K為耦合系數(shù)。α為發(fā)射串聯(lián)電容與接收電容的比率。R為輸出負載。

　　圖2帶有電感串聯(lián)電阻的串聯(lián)諧振電路。

　　在方程式2中，沒有考慮線圈的串聯(lián)電阻。如果變更電路模型，如圖2所示，串聯(lián)諧振電路的電壓傳輸函數(shù)亦會發(fā)生變更，如下所示。

　　而且，平行諧振電路的方程式相似。

　　有些參數(shù)對無線充電器系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在無線充電器應(yīng)用中，大多數(shù)系統(tǒng)接收機使用串聯(lián)諧振電路。因此，下文將僅討論串聯(lián)諧振電路。

　　(1)品質(zhì)因子：

　　在方程式6中，Q被稱為品質(zhì)因子。發(fā)射線圈或輸出電阻的變更會影響Q值。在無線充電器系統(tǒng)中，工作點被設(shè)定在諧振頻率處。發(fā)射諧振頻率和接收諧振頻率總是相同。所以，我們感興趣的是諧振頻率的電壓傳遞函數(shù)值(ωn=1)。圖3顯示了Q值的系統(tǒng)電壓傳輸函數(shù)變化。

　　圖3具有不同質(zhì)量因子的電壓傳輸函數(shù)。