無線充電應(yīng)用的次級(jí)端整流橋應(yīng)用方案研究

　　摘要：本文主要介紹了在無線充電應(yīng)用中，如何進(jìn)行次級(jí)端的整流橋設(shè)計(jì)，并對(duì)三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較，得出采用2顆肖特基二極管和2顆MOSFET的最佳最佳整流橋配置方案。

　　簡(jiǎn)介

　　如今，業(yè)界持續(xù)需要移動(dòng)(on-the-go)電源管理，無線(無接觸式)充電方案在市場(chǎng)正變得越來越流行。雖然能效不如現(xiàn)有線纜充電方案高，但無線充電方案為消費(fèi)者提供更多便利，亦省下了額外的充電線纜。無線充電的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋便攜電子產(chǎn)品、汽車，甚至是醫(yī)療等行業(yè)。當(dāng)今的高科技社會(huì)越來越渴求針對(duì)多種電子設(shè)備的便利充電方案。潛在的無線充電市場(chǎng)機(jī)遇包括汽車、機(jī)場(chǎng)及家中應(yīng)用。如今游戲平臺(tái)也為游戲控制器提供無線充電選擇，目的是為消費(fèi)者提供更多便利。隨著無線充電技術(shù)變得更加流行，許多手機(jī)制造商已經(jīng)開始提供集成了額外電路以使產(chǎn)品兼容無線充電的電池蓋。

　　無線充電并非新概念。電動(dòng)牙刷和剃須刀使用這種充電方法已經(jīng)有些年頭了。消費(fèi)者簡(jiǎn)單地將設(shè)備置于基座(base unit)上來給電池充電，而不需要暴露的金屬觸點(diǎn)。無線充電減少或省去充電線纜，且能夠同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電，只要簡(jiǎn)單地將它們置于同一個(gè)充電板上就可以了。

　　無線充電是通過使用空芯(air-core)變壓器來實(shí)現(xiàn)的。初級(jí)繞組位于充電板，次級(jí)繞組位于設(shè)備本身。充電板在次級(jí)繞組感應(yīng)出電流，此電流通過手持設(shè)備內(nèi)的全橋整流器及額外電路，產(chǎn)生直流電壓來為電池充電。圖1顯示了無線充電電路的框圖示例。基座采用標(biāo)準(zhǔn)壁式插座供電。一旦手持設(shè)備置于基座上，電池就開始充電。

　　變壓器基本原理

　　當(dāng)電流通過線圈時(shí)，就產(chǎn)生磁場(chǎng)。變壓器利用這基本屬性從一個(gè)繞組感應(yīng)電流到另一個(gè)繞組。匝數(shù)比N指的是次級(jí)端繞組的匝數(shù)與初級(jí)端繞組匝數(shù)之比。

　　匝數(shù)比用于計(jì)算次級(jí)端繞組中感應(yīng)的電壓和電流。次級(jí)端繞組產(chǎn)生的電壓可用下述等式來計(jì)算：

　　次級(jí)端繞組電流的計(jì)算等式如下：

　　變壓器可以設(shè)計(jì)為不同的配置，并使用磁芯材料在次級(jí)繞組中感應(yīng)出磁場(chǎng)。磁導(dǎo)率(µ)衡量的是變壓器中產(chǎn)生磁場(chǎng)的有效性。換句話說，磁導(dǎo)率指的是變壓器能夠以多高的效率將電能提供給次級(jí)繞組。磁導(dǎo)率越高，變壓器將電能從初級(jí)傳輸?shù)酱渭?jí)的效率就越高。本征磁導(dǎo)率指的是真空磁導(dǎo)率，其定義為：

　　單位是牛頓每平方安培。相對(duì)磁導(dǎo)率的定義是特定材料的磁導(dǎo)率除以本征磁導(dǎo)率，即

　　如今業(yè)界使用最廣泛的材料是磁芯。錳鋅鐵氧體磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率是640或更高。然而，對(duì)于無線充電器而言，磁芯材料是空氣。這是因?yàn)槌跫?jí)繞組處于與次級(jí)繞組相隔離的基座中。空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率是1，使變壓器的能效低得多。由于變壓器能效低，電路其它部分的能效就變得極為重要。

　　次級(jí)端整流橋

　　全橋整流器及濾波器電路通過感應(yīng)在次級(jí)繞組的交流信號(hào)產(chǎn)生恒定直流電壓。圖2顯示了使用4顆二極管配置的全橋整流器電路。

　　當(dāng)二極管1和3正向偏置時(shí)，二極管2和4反向偏置，反之亦然。因此，整流橋的主要功率損耗就是兩個(gè)二極管上的正向壓降。標(biāo)準(zhǔn)二極管的壓降約為0.7V。這表示兩個(gè)二極管的功率損耗為：

  　　(6)