領先設計：工程師詳解近距離無線充電方案設計

能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內容的完整和真實，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無線傳送的想法早已有之，但因為一直無法突破效率這個瓶頸，使它一直不能進入實用領域。 目前，這個瓶頸仍然沒有實質性的突破。但是如果對傳輸距離沒有嚴格要求(不跟無線通信比)，比如在數cm(本文稱微距0)的范圍內，其傳輸效率就很容易提高到滿意的程度。如果能用比較簡單的設備實現微距條件下的無線傳能，并形成商業化的推廣應用，當今社會隨處可見的移動電子設備將有可能面臨一次新的變革。

引言

無線電技術用于通信，已經在全世界流行了近一百年。從當初的無線電廣播和無線電報，發展到現在的衛星和微波通信，以及普及到全球幾乎每一個個人的移動通信、無線網絡、GPS等。無線通信極大地改變了人們的生產和生活方式，沒有無線通信，信息化社會的目標是不可議的。然而，無線通信傳送的都是微弱的信息，而不是功率較大的能量，因此許多使用極為方便的便攜式的移動產品，都要不定期地連接電網進行充電，也因此不得不留下各種插口和連接電纜。這就很難實現具有防水性能的密封工藝，而且這種個性化的線纜使得不同產品的充電器很難通用。如果徹底去掉這些尾巴，移動終端設備就可以獲得真正的自由，也易于實現密封和防水。這個目標必須要求能量也像信息一樣實現無線傳輸。

能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內容的完整和真實，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無線傳送的想法早已有之，但因為一直無法突破效率這個瓶頸，使它一直不能進入實用領域。

目前，這個瓶頸仍然沒有實質性的突破。但是如果對傳輸距離沒有嚴格要求(不跟無線通信比)，比如在數cm(本文稱微距)的范圍內，其傳輸效率就很容易提高到滿意的程度。如果能用比較簡單的設備實現微距條件下的無線傳能，并形成商業化的推廣應用，當今社會隨處可見的移動電子設備將有可能面臨一次新的變革。

工作原理

將直流電轉換成高頻交流電，然后通過沒有任何有有線連接的原、副線圈之間的互感耦合實現電能的無線饋送。基本方案如圖1所示。

本無線充電器由電能發送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構成。

1 電能發送部分

圖2無線電能發送單元電路圖

如圖2，無線電能發送單元的供電電源有兩種：

220V交流和24V直流(如汽車電源)，由繼電器選擇。按照交流優先的原則，圖中繼電器的常閉觸點與直流(電池BT1)連接。正常情況下S3處于接通狀態。

當有交流供電時，整流濾波后的約26V直流使繼電器吸合，發送電路單元便工作于交流供電方式，此時直流電源BT1與電能發送電路斷開，同時LED1(綠色)發光顯示這一狀態。

經繼電器選擇的+24V直流電主要為發射線圈L1供電，此外，經IC1(78L12)降壓后為集成電路IC2供電，為保證的動作不影響發送電路的穩定工作，電容C3的容量不得小于2200uF。

電能的無線傳送實際上是通過發射線圈L1和接收線圈L2的互感作用實現的，這里L1與L2構成一個無磁芯的變壓器的原、副線圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應選擇較高的調制頻率，同時要考慮到器件的高頻特性，經實驗選擇1.6MHz較為合適。

IC1為CMOS六非門CD4069，這里只用了三個非門，由F1，F2構成方波振蕩器，產生約1.6MHz的方波，經F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來激勵VMOS功放管IRF640.足以使其工作在開關狀態(丁類)，以保證盡可能高的轉換效率。為保證它與L1C8回路的諧振頻率一致。可將C4定為100pF，R1待調。為此將R1暫定為3K，并串入可調電阻RP1.在諧振狀態，盡管激勵是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。