無線充電原理深層解析

圖1b：圖1a所示發送器-接收器對的等效電路。

使用兩組電極或極板就可以透過靜電感測實現能量的傳輸。充電器或‘發送器’和可攜式設備或‘接收器’用來有效地在組成電容器的合適尺寸金屬表面間實現縱向的示駁珩詈稀Ｆ渲星動電極或主動電極要比另外一個電極小，上面施加的電壓較高，另外一個電極則是被動電極，尺寸較長，上面的電壓較低。當然正常情況下，電容器傳輸的能量是很小的，這與電極面積小有很大的關S。因此，為了滿足給消費設備充電所需的功率水(例如從5W至25W)，需要增加電極尺寸和耦合的電壓值，具體取決于實際的配置。

圖2a顯示了裼玫縟萜鞔輸能量的充電器方法例子架構圖，其中使用的接收器和發送器模組是村田公司最近開發出的新產品。這種模組化方法允許工程師集中精力開發耦合區的電極設計，因而有助于快速開發出無線充電功能。透過靜電方法傳輸的能量大小直接正比于所使用的頻率。因此用更高的頻率驅動電極對可以使設計處理更高的功率。然而，各個國家對所使用的頻率和電場強度都有限制規定。實際上這種配置可以形成一種非常有效的天線結構，因此EMI因素通常會限制設計靈活性。為了實現耦合電極之間的無線收發、同時盡量減少對外的輻射量，需要進行正確地設計。因此需要進一步理解和確定正確的電極尺寸、它們的設計、工作電壓、功率值、最佳工作頻率和總的尺寸約束條件。一般情況下，理想的頻率圍在200kHz至 1MHz之間，有效耦合區的電壓值在800V至1.52kV之間。

圖2a：電容器傳輸充電器架構圖。

圖 2b顯示，對于一個滿足EMI相容要求的10W充電器來說，發送至接收電容器耦合過程中存在電壓步升和步降現象。裼媚Ｗ榛架構的設計概念允許裝置u造商將模組作為黑盒子，因而方便發送器和接收器的整合。發送器設計覆蓋到電源的鏈路、無線能量傳輸的控制以及根據位置靈活性目標對任何外形的主動耦合電極的控制。在接收器側，電池介面決定了設計如何從主動耦合電極區域透過下變頻模組正確地接收功率。由于可攜式設備中使用的電池種類非常廣泛，所以電路介面的標駛設計代表著向非常方便的設計邁出了一大步，同時也要考慮到更具挑戰性的概念，比如更快的充電速度。主要得益于歐盟委員會持續施加的壓力，微型USB 5V充電介面正成為歐洲所有行動手機的標省

圖2b：電壓步升和步降是10W充電器中發送至接收電容器耦合過程的一部份。

與感測方法相較，使用示駁绱輸的關鍵優勢之一是，待充設備在充電基座(或充電托盤)上的位置要求不是那么嚴格。透過x-y(表面)方向的精心設計，當接收器遠離發送源時，仍能保持高效率且曲線相對平坦的能量傳輸，對任何設計(即使是有線充電器)來說效率典型值為80%左右，因此具有非常高的位置容差性能，而z(高度)仍然是最具挑戰性的設計參數。

另外，使用扁平方形或矩形的桌面托盤或接近垂直的接續架子允許以任何方向擺放充電設備，不一定需要很精確。此外，由于主要的主動接收電極可以由簡單的薄銅箔搭建(這種銅箔的厚度在幾個微米數量級，嵌入在塑料覆蓋材料中)，因此將它整合進消費設備要比整合功率感測器簡單得多。