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无线电力传输
 

【作者: Frederik Dostal】2019年09月02日 星期一

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无线电力传输具有着许多优点。举例来说,其可彻底摆脱容易出错的??头接触点。密封在外壳内的元件再也不会因湿气受潮而??蚀,使用者也可以省去??线的麻烦。目前,大多数无线电力传输应用主要为可携式装置的电池充电。


业界目前已建立许多标准。然而,就许多应用而言,这些标准并没有必要性 - 因此可采用个别优化的电力传输机制。图一显示一种感应式电力传输概念。两个线圈靠近後,在一次侧线圈上产生交流电流。透过产生的磁场作为感应媒介,在二次侧线圈上也产生交流电流,其状况类似变压器。



图一 : 感应式电力传输概念,采用一次侧控制与接收器
图一 : 感应式电力传输概念,采用一次侧控制与接收器

原则上来说,一次侧发送器可采用一个简单的共振器以及少数几个分立元件构成。这种设计对於传输低电力的情境相当实用。但若需要传输更高的电力,则应采用诸如Analog Devices旗下的LTC4125 这类整合式发送器电路。发送器能针对特定共振频率进行极精准的调整,藉此配合特定元件进行最大功率的传输。另外LTC4125还能侦测置放在一次侧线圈上的外来物。


举例来说,若一个金属物置於线圈附近,该金属物四周就会产生涡电流(eddy current)。这些电流会导致金属加热升温,特别是在高功率情况,其可能导致人员受伤。在低功率状态下,外来物只会造成微幅升温,不会产生严重风险。LTC4125这款元件则能侦测金属物体并降低功率,或是切断电力传输。


为节省能源,LTC4125可根据电力需求在二次侧调整传输功率。



图二 : 两个线圈的偏置与间距效应
图二 : 两个线圈的偏置与间距效应

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图二显示的例子展示一个内含特殊元件的电路。图中显示两个线圈以特定数量进行偏置与分隔後发生的状况。在一个变压器中,耦合因数通常介於0.95到1之间。在无线电力传输系统中,耦合因数通常在0.8到0.05之间。在图2中,线圈在x轴方向偏置了数公厘。两个线圈之间的间距也是数公厘,方向为y轴方向。因此,倘若两个线圈在垂直方向对齐(线圈偏置数值为零),电池充电功率为1瓦,两个线圈之间的距离可达到12mm。功率越高,两个线圈必须靠得更近,并更精准地对齐。可传输功率可藉由选用电路元件来进行调整。然而,线圈偏置与线圈间距的关系依然类似上述例子。


在透过更长距离进行无线电力传输方面,可采用射频(RF)电力传输技术。目前业界已在ISM频带进行了许多的测试,但传输功率以及传输效率仍远低於上述的感应式耦合方法。


(本文作者Frederik Dostal为ADI电源管理技术专家)


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