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(多图)无线充电器技术及低成本设计方案

Zhongzhuo Shi?? 2015年04月07日 ?? 收藏6
感应式无线电力传输变得越来越流行。最近,许多手机制造商宣布他们生产的新型手机将支持无线充电功能。大多数新型手机都使用了基于感应电力传输的无线充电技术。这种技术也可用于其他便携设备。为了令无线充电系统的设计更加简单,无线充电联盟 (WPC) 孕育而生,并提出了一个低功耗标准。

本文将介绍无线电力传输的基本理论并概述 WPC 提出的“Qi”标准。最后,将介绍一个符合 Qi 标准的低成本分立式无线充电器解决方案。

基本理论

基于感应电源的无线电力传输的基本理论非常简单。众所周知,交流电场将产生磁场,交流磁场也将产生电场。在发射机中,直流电源转换为交流电,并产生交流电场。在接收机处,线圈拾取来自交流磁场的电源,并将交流电转换成直流电作为输出负载。

发射线圈和接收线圈彼此分离,泄漏电感大且耦合系数小。因此,传输效率非常低。为提高传输效率,必须采用一个补偿电路。常用方法就是在发送机侧和接收机侧分别放置一个补偿电容,形成一个带有发送线圈和接收线圈的谐振电路,用于改善电源传输。图 1 显示了两个补偿电路方法的拓扑结构。通常情况下,在发送机侧放置一个电容以形成带有发送线圈的串联谐振电路,而在接收机侧有两种不同的拓扑结构。一种是形成带有接收线圈的串联谐振电路的电容,另一种是形成带有接收线圈的平行谐振电路的电容。

图 1 - 两个谐振电路拓扑结构。
图 1 - 两个谐振电路拓扑结构。

电压传输函数如下所示:

无线电力传输的基本理论

Cp 和 Lp 为发射机侧发送线圈的串联电容值和电感值,而 Cs 和 Ls 为接收机侧接收线圈的串联或平行电容值和串联电感值。 M 为互感系数。ω0 为谐振频率。ωn 为标准化工作频率。n 为两个线圈电感的比率。 Q 为品质因子。 K 为耦合系数。α 为发射串联电容与接收电容的比率。 R 为输出负载。

图 2 带有电感串联电阻的串联谐振电路。
图 2 带有电感串联电阻的串联谐振电路。

在方程式 2 中,没有考虑线圈的串联电阻。如果变更电路模型,如图 2 所示,串联谐振电路的电压传输函数亦会发生变更,如下所示。

无线电力传输的基本理论

而且,平行谐振电路的方程式相似。

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无线充电器? WPC? Qi? Qi?

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