1 引言

　　無(wú)線(xiàn)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(dòng)產(chǎn)品，都要不定期地連接電網(wǎng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)具有防水性能的密封工藝，而且這種個(gè)性化的線(xiàn)纜使得不同產(chǎn)品的充電器很難通用。如果徹底去掉這些尾巴,移動(dòng)終端設(shè)備就可以獲得真正的自由。也易于實(shí)現(xiàn)密封和防水。這個(gè)目標(biāo)必須要求能量也像信息一樣實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸。

　　能量的傳送和信號(hào)的傳輸要求顯然不同，后者要求其內(nèi)容的完整和真實(shí)，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無(wú)線(xiàn)傳送的想法早已有之，但因?yàn)橐恢睙o(wú)法突破效率這個(gè)瓶頸，使它一直不能進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。

　　目前，這個(gè)瓶頸仍然沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。但是如果對(duì)傳輸距離沒(méi)有嚴(yán)格要求(不跟無(wú)線(xiàn)通信比)，比如在數(shù)cm(本文稱(chēng)微距)的范圍內(nèi)，其傳輸效率就很容易提高到滿(mǎn)意的程度。如果能用比較簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)微距條件下的無(wú)線(xiàn)傳能，并形成商業(yè)化的推廣應(yīng)用，當(dāng)今社會(huì)隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電子設(shè)備將有可能面臨一次新的變革。

　　2 工作原理

　　將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，然后通過(guò)沒(méi)有任何有有線(xiàn)連接的原、副線(xiàn)圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線(xiàn)饋送?；痉桨溉鐖D1所示。

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　　本無(wú)線(xiàn)充電器由電能發(fā)送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構(gòu)成。

　　2.1 電能發(fā)送部分

　　如圖2,無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元的供電電源有兩種：220V交流和24V直流(如汽車(chē)電源)，由繼電器J選擇。按照交流優(yōu)先的原則，圖中繼電器J的常閉觸點(diǎn)與直流(電池BT1)連接。正常情況下S3處于接通狀態(tài)。

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　　圖2無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元電路圖

　　無(wú)線(xiàn)充電模塊

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

　　經(jīng)繼電器J選擇的+24V直流電主要為發(fā)射線(xiàn)圈L1供電，此外，經(jīng)IC1(78L12)降壓后為集成電路IC2供電，為保證J的動(dòng)作不影響發(fā)送電路的穩(wěn)定工作，電容C3的容量不得小于2200uF。

　　電能的無(wú)線(xiàn)傳送實(shí)際上是通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈L1和接收線(xiàn)圈L2的互感作用實(shí)現(xiàn)的，這里L(fēng)1與L2構(gòu)成一個(gè)無(wú)磁芯的變壓器的原、副線(xiàn)圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應(yīng)選擇較高的調(diào)制頻率，同時(shí)要考慮到器件的高頻特性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)選擇1.6MHz較為合適。

　　IC1為CMOS六非門(mén)CD4069,這里只用了三個(gè)非門(mén)，由F1,F2構(gòu)成方波振蕩器，產(chǎn)生約1.6MHz的方波，經(jīng)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來(lái)激勵(lì)VMOS功放管IRF640.足以使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)(丁類(lèi))，以保證盡可能高的轉(zhuǎn)換效率。為保證它與L1C8回路的諧振頻率一致?？蓪4定為100pF,R1待調(diào)。為此將R1暫定為3K,并串入可調(diào)電阻RP1。在諧振狀態(tài)，盡管激勵(lì)是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。

　　由此可見(jiàn)，這一部分實(shí)際上是個(gè)變頻器，它將50Hz的正弦轉(zhuǎn)變成1.6MHz的正弦。

　　2.2 電能接收與充電控制部分

　　正常情況下，接收線(xiàn)圈L2與發(fā)射線(xiàn)圈L1相距不過(guò)幾cm,且接近同軸，此時(shí)可獲得較高的傳輸效率。

　　電能接收與充電控制電路單元的原理如圖3所示。

　　L2感應(yīng)得到的1.6MHz的正弦電壓有效值約有16V(空載)。經(jīng)橋式整流(由4只1N4148高頻開(kāi)關(guān)二極管構(gòu)成)和C5濾波，得到約20V的直流。作為充電控制部分的唯一電源。

　　由R4,RP2和TL431構(gòu)成精密參考電壓4.15V(鋰離子電池的充電終止電壓)經(jīng)R12接到運(yùn)放IC的同相輸入端3。當(dāng)IC2的反相輸入端2低于4.15V時(shí)(充電過(guò)程中)，IC3輸出的高電位一方面使Q4飽和從而在LED2兩端得到約2V的穩(wěn)定電壓(LED的正向?qū)ň哂蟹€(wěn)壓特性)，Q5與R6、R7便據(jù)此構(gòu)成恒流電路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止，LED3不亮。

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　　圖3無(wú)線(xiàn)電能接收器電路圖

　　當(dāng)電池充滿(mǎn)(略大于4.15V)時(shí)，IC3的反相輸入端2略高于4.15V。運(yùn)放便輸出低電位，此時(shí)Q4截止，恒流管Q5因完全得不到偏流而截止，因而停止充電。同時(shí)運(yùn)放輸出的低電位經(jīng)R8使Q3導(dǎo)通，點(diǎn)亮LED3作為充滿(mǎn)狀態(tài)指示。

　　兩種充電模式由R6、R7決定。這個(gè)非序列值可以在E24序列電阻的標(biāo)稱(chēng)值為918的電阻中找到，就用918的也行。

　　如果作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這部分電路應(yīng)當(dāng)盡可能微型化(電流表電壓表只是在實(shí)驗(yàn)品中調(diào)試時(shí)用，產(chǎn)品中不需要)，最好成為電池的附屬電路。