無線充電器技術和解決方案

　　摘要：在移動消費電子市場，無線功率傳輸越來越普遍。使用此技術，最終用戶可方便地對其移動電話或其他便攜設備中的電池充電。它也為設計人員提供了一種開發新型移動設備的新方式。無線充電聯盟(WPC)發布了一種稱為“Qi”的世界無線功率傳輸標準。它定義電感耦合類型以及功率發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;將簡要介紹WPC的無線充電標準;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的基本理論非常簡單。眾所周知，交變電場將產生磁場，而交變磁場也將產生電場。在發射器上，直流電已轉換為交流電，并且產生交變電場。在接收器上，線圈獲取交變磁場的電源，并將交流電轉換為直流電用于輸出負載。

　　發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，因此傳輸效率極低。要提高傳輸效率，必須采用補償電路。常見方法是在發射器端和接收器端同時放置補償電容，與發射器線圈和接收器線圈形成諧振電路以改進功率傳輸。圖1顯示兩個補償電路方法的拓撲。通常，電容放在傳輸端與發射器線圈形成串聯諧振電路，而在接收器端有兩種具有不同拓撲的結構類型。一種是與接收器線圈形成串聯諧振電路的電容，另一種是與接收器線圈形成并聯諧振電路的電容。

　　電壓傳遞函數如下所示，

　　Cp和Lp是發射器端發射器線圈的串聯電容值和電感值，而Cs和Ls是接收器端接收器線圈的串聯或并聯電容值及其串聯電感值。M是互感。ω0 是諧振頻率。ωn是標準化工作頻率。n是兩個線圈電感的比率。Q是品質因數。K是耦合因數。α是發射器串聯電容和接收器電容的比率。R是輸出負載。

　　等式(2)中未考慮線圈的串聯電阻。如果更改電路模型，如圖2，將改變串聯諧振電路的電壓傳遞函數，如下所示。

　　并聯諧振電路上的等式與之類似。

　　有一些參數對無線充電器系統產生影響。在無線充電器應用中，多數系統接收器中使用串聯諧振電路，因此我們僅討論以下這種電路。