無線充電器技術(shù)和解決方案

　　摘要：在移動(dòng)消費(fèi)電子市場(chǎng)，無線功率傳輸越來越普遍。使用此技術(shù)，最終用戶可方便地對(duì)其移動(dòng)電話或其他便攜設(shè)備中的電池充電。它也為設(shè)計(jì)人員提供了一種開發(fā)新型移動(dòng)設(shè)備的新方式。無線充電聯(lián)盟(WPC)發(fā)布了一種稱為“Qi”的世界無線功率傳輸標(biāo)準(zhǔn)。它定義電感耦合類型以及功率發(fā)射器和功率接收器操作。本文將討論基本無線功率傳輸理論;將簡(jiǎn)要介紹WPC的無線充電標(biāo)準(zhǔn);并將提供分立式無線充電器解決方案。

　　基本理論

　　基于電感功率的無線功率傳輸?shù)幕纠碚摲浅：?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(zhuǎn)換為交流電，并且產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在接收器上，線圈獲取交變磁場(chǎng)的電源，并將交流電轉(zhuǎn)換為直流電用于輸出負(fù)載。

　　發(fā)射器線圈和接收器線圈是分開的，具有大漏電感和小耦合因數(shù)，因此傳輸效率極低。要提高傳輸效率，必須采用補(bǔ)償電路。常見方法是在發(fā)射器端和接收器端同時(shí)放置補(bǔ)償電容，與發(fā)射器線圈和接收器線圈形成諧振電路以改進(jìn)功率傳輸。圖1顯示兩個(gè)補(bǔ)償電路方法的拓?fù)?。通常，電容放在傳輸端與發(fā)射器線圈形成串聯(lián)諧振電路，而在接收器端有兩種具有不同拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)類型。一種是與接收器線圈形成串聯(lián)諧振電路的電容，另一種是與接收器線圈形成并聯(lián)諧振電路的電容。

　　電壓傳遞函數(shù)如下所示，

　　Cp和Lp是發(fā)射器端發(fā)射器線圈的串聯(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(biāo)準(zhǔn)化工作頻率。n是兩個(gè)線圈電感的比率。Q是品質(zhì)因數(shù)。K是耦合因數(shù)。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(fù)載。

　　等式(2)中未考慮線圈的串聯(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(shù)，如下所示。

　　并聯(lián)諧振電路上的等式與之類似。

　　有一些參數(shù)對(duì)無線充電器系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在無線充電器應(yīng)用中，多數(shù)系統(tǒng)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。