具有原边控制和接收器的感应式功率传输
mouser 2021-12-30

功率的无线传输拥有众多的优势。例如,它使易于发生故障的插头成为多余,可以将设备内置在具备防潮能力的外壳中。用户也无须忍受插入电缆的麻烦,大多数无线功率传输应用存在于便携式设备电池充电领域。

 在该领域中有几项已经确立的标准。不过,有很多应用不需要任何标准。因此,可以使用个别优化的功率传输。图1显示了一种感应式功率传输概念,将两个线圈紧靠在一起,在原边线圈中会产生交流电,像在变压器中一样,通过产生的磁场,在副边线圈中感生交流电。

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图1:具有原边控制和接收器的感应式功率传输概念

原则上,原边发送器可采用一个简单的振荡器和少量分立组件构建而成,这对于低功率级别的传输是十分有效的。对于较高的功率,应采用一个诸如LTC4125之类的集成化发送器电路。发送器非常精确地调节到给定的谐振频率。这使得可利用特定的组件实现最大功率传输。

LTC4125还能检测原边线圈上的异物。例如,倘若一块金属紧靠在线圈上,就会在该金属中形成涡流。它们使这块金属升温(尤其是在高功率的场合),并会导致人员受伤。在低功率级别,异物仅会引起极其微弱的发热,并不会产生重大风险。LTC4125能检测到金属物体,然后降低功率或中断功率传输。为节省电能,LTC4125可依据副边的功率要求调整发送功率。

图2显示了一个采用特定组件的演示电路实例。该图显示了当两个线圈之间存在特定的偏移或间隔量时会发生什么。在变压器中,耦合系数通常介于0.95和1之间。在无线功率传输系统中,0.8至0.05的耦合系数是很常见的。在图2中,线圈偏移(单位:毫米)示于x轴。在y轴上则显示两个线圈之间的间隔(也以毫米为单位)。

因此,对于1W的电池充电功率,假如两个线圈完全垂直对准(如线圈偏移为零),则两个线圈的间隔距离最大可为12mm。功率越高,两个线圈必须越靠近和更精确地对准。可发送功率可以通过电路元件的选择进行调整。然而,线圈偏移和线圈间隔之间的关系将与示例中所示的相似。

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图2:两个线圈之间的偏移和间隔所产生的影响

对于更长距离的无线功率传输,可使用RF功率传输。有工作在ISM频段的测试装置。不过,与这里所述的感应式耦合方法相比,它们的可发送功率和传输效率要低得多。

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