無(wú)線電源直充設(shè)計(jì)的益處

1、<p>　　無(wú)線電源直充設(shè)計(jì)的益處</p><p>　　無(wú)線電力傳輸被定義為從一次側(cè)（Tx）到二次側(cè)（Rx）的電能傳輸。兩側(cè)都利用了相互耦合線圈。這種能量轉(zhuǎn)移依賴于一次側(cè)線圈和二次側(cè)線圈之間的磁感應(yīng)。這兩個(gè)線圈簡(jiǎn)單地構(gòu)成了一個(gè)變壓器的兩部分，并可以建模為一個(gè)松耦合變壓器。 </p><p>　　一次側(cè)具有平坦的表面，這就允許了二次側(cè)線圈可以置于它的上面。當(dāng)Tx 和 Rx排列并放置

2、在一起時(shí)，它們會(huì)形成一個(gè)相互耦合的感應(yīng)關(guān)系，或形成一個(gè)簡(jiǎn)單的空芯變壓器。Tx線圈的底部和Rx線圈的頂部之間的適當(dāng)屏蔽是必需的。兩側(cè)的屏蔽材料可作為磁通量短路。這樣允許磁力線（磁通量）存在于兩個(gè)線圈之間，同時(shí)也允許高校的功率傳輸。電能的方向總是進(jìn)入通常由便攜式設(shè)備組成的接收機(jī)。 </p><p>　　無(wú)線電直流/直流系統(tǒng)效率 </p><p>　　正如我們剛才所描述的，一個(gè)無(wú)線電力系統(tǒng)主要由

3、與線圈耦合在一起的一次側(cè)和二次側(cè)組成。系統(tǒng)效率被定義為轉(zhuǎn)移到帶有直流輸入電源負(fù)載的最終功率比，這種直流輸入電源也被應(yīng)用于發(fā)射機(jī)。 </p><p>　　方程1：效率（%）=（直流輸出功率）/（直流輸入功率） </p><p>　　圖1所示的是一個(gè)無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的原理圖，該系統(tǒng)由一個(gè)無(wú)線電力發(fā)射機(jī)耦合到一個(gè)無(wú)線電力接收機(jī)組成。 </p><p>　　提高系統(tǒng)效率，需

4、要從輸入到輸出的路徑內(nèi)減少損失。這取決于如何具體將發(fā)射器模塊（一次側(cè)線圈，交流/直流轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)器）和接收機(jī)（整流器，電壓調(diào)節(jié)器，二次側(cè)線圈，電池充電器）在功率傳輸過(guò)程中組合排列。既然這兩個(gè)模塊是兩個(gè)分離件，那么每個(gè)模塊的效率都是獨(dú)立的，不受另外一個(gè)的影響。這篇博客的重點(diǎn)是接收端。 </p><p>　　提高系統(tǒng)效率，需要從輸入到輸出的路徑內(nèi)減少損失。這取決于如何具體將發(fā)射器模塊（一次側(cè)線圈，交流/直流轉(zhuǎn)換器，驅(qū)

5、動(dòng)器）和接收機(jī)（整流器，電壓調(diào)節(jié)器，二次側(cè)線圈，電池充電器）組合，以及在功率傳輸過(guò)程中它們的排列。本篇文章我們討論的重點(diǎn)是接收端。關(guān)于接收機(jī)子電路的詳細(xì)信息會(huì)在下次提供。 </p><p><b>　　無(wú)線功率接收器 </b></p><p>　　無(wú)線接收器通常是便攜式設(shè)備的一部分，如手機(jī)。接收器本身含有多個(gè)如圖2所示的硬件電路。二次側(cè)線圈負(fù)責(zé)接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的傳輸功率

6、作為磁通量。整流電路被用來(lái)轉(zhuǎn)換收到的交流到直流的功率。電壓調(diào)節(jié)電路來(lái)緩沖接收的不穩(wěn)定直流功率，使其穩(wěn)定，并清潔直流輸出功率，為下面系統(tǒng)使用做準(zhǔn)備。通信電路負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)和單向從接收器到發(fā)射器的所有通信。 </p><p>　　接收器內(nèi)部的每個(gè)小部分都有損耗，這種損耗都直接影響無(wú)線電力系統(tǒng)的效率。二次側(cè)線圈是第一個(gè)接收傳輸功率作為磁通量的電路。根據(jù)歐姆定律，在功率傳輸過(guò)程中電流通過(guò)線圈會(huì)導(dǎo)致I2R損耗。為了減少這些阻值

7、損失，少匝數(shù)高電感線圈是必需的，所以過(guò)大的電阻不被采用。良好的屏蔽可以防止磁通損失，并提供了一個(gè)低阻抗的路徑，以便只有很少的磁通線影響周圍的金屬物體，從而允許高電感線圈得以實(shí)現(xiàn)。高滲透率的屏蔽可以在每次轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上提供更大的電感，但因較低飽和點(diǎn)而受到損失。 </p><p>　　整改階段的損失主要是因?yàn)閬?lái)自集成功率FET的電阻損耗。降低功率FET的放電電阻的有效方法是提高整流損耗。卸載耗散到外部FET的功率有助于

8、減少對(duì)IC的散熱。同時(shí)，外部FET也減少了總接收器的電阻損耗。 </p><p>　　電壓調(diào)節(jié)階段通常由一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）或線性穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。它提供一個(gè)恒定的直流輸出電壓，不管負(fù)載變化或輸入電壓如何，只要它們都在該部件的規(guī)格范圍內(nèi)。LDO穩(wěn)壓器的效率受靜態(tài)電流和輸入/輸出電壓的限制。靜態(tài)電流或接地電流是輸入和輸出電流之間的差異所在。低靜態(tài)電流對(duì)最大化電流效率來(lái)說(shuō)是必要的。此外應(yīng)該注意到，接近電壓差的L

9、DO穩(wěn)壓器總是比降壓轉(zhuǎn)換器更有效率。 </p><p>　　從整流階段動(dòng)態(tài)地控制整流電壓有助于保持電壓調(diào)節(jié)階段輸入電壓和輸出電壓之間的低差。這也使得LDO可以在任何負(fù)荷條件下接近電壓差運(yùn)作，這也顯著地增加了接收機(jī)的效率。這種特性在幾個(gè)TI無(wú)線電接收器上實(shí)現(xiàn)了，如bq51013A， bq51013B 和bq5105xB。 </p><p><b>　　直充解決方案 </b&g

10、t;</p><p>　　在接收器模塊的功率調(diào)節(jié)階段之后，電源已準(zhǔn)備就緒。在便攜式應(yīng)用中，如手機(jī)，輸出通常是用來(lái)給鋰離子（Li-Ion）電池充電的。因此，一個(gè)分離式電池充電器是必需的。該充電器使用來(lái)自接收器的恒定電壓作為輸入電源（圖3）。 </p><p>　　如前所述，無(wú)線電接收器系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)子電路都有助于功率損耗，并影響效率。設(shè)計(jì)工程師面臨的挑戰(zhàn)是無(wú)線接收器的效率，以及熱性能，板尺寸和

11、作為一個(gè)整體系統(tǒng)的便攜式裝置的物料清單成本。同樣這也意味著便攜設(shè)備內(nèi)的電池充電器有助于滿足這些挑戰(zhàn)性的要求。 </p><p>　　對(duì)于一個(gè)高效的解決方案來(lái)說(shuō)，一個(gè)降低這些要求切實(shí)可行的辦法是將整流階段，電壓調(diào)節(jié)and電池充電電路集成到一個(gè)單一的集成電路，與另外一個(gè)方案相比這是一個(gè)高效的解決方案。另外一個(gè)解決方案是使用無(wú)線電接收器，這個(gè)接收器帶有個(gè)單獨(dú)的下游充電器集成電路（圖4和圖2），分別用方程式3和方程2表達(dá)

12、。 </p><p><b>　　方程式2： </b></p><p>　　效率（分離式解決方案%）= [（交流輸入功率）/（輸出電壓*輸出電流）] *[（輸出電壓*輸出電流）/（電池電壓* 電池電流）] </p><p><b>　　方程式3： </b></p><p>　　效率（直接充電%）=（