无线功率传送有很多方式。在不到几英寸的短距离上,常用电容或电感耦合。本文中讨论的是使用电感耦合的解决方案。
在典型的电感耦合无线功率传送系统中,AC磁场由发送线圈产生,然后该磁场再在接收线圈中引起AC电流,就像一个典型的变压器系统。变压器系统与无线功率传送系统的主要差别是,在无线功率传送系统中,用空气隙或其他非磁性材料构成的间隙隔离发送器和接收器。此外,发送线圈和接受线圈之间的耦合在典型情况下是非常弱的。0.95至1的耦合在变压器系统中很常见,但在无线功率传送系统中,耦合系数则在0.8到低至0.05之间。 无线充电的基本原理 无线功率传送系统由两部分组成,中间由空气隙隔开:发送(Tx)电路,包括一个发送线圈;接收(Rx)电路,包括一个接收线圈。 当设计无线功率传送电池充电系统时,主要参数是真正给电池增加能量的功率之大小。这一接收到的功率取决于很多因素,包括: * 发送功率的大小; * 发送线圈和接收线圈之间的距离和对准度,常常用两个线圈之间的耦合因数表示; * 发送和接收组件的容限。 任何无线功率发送器设计的主要目标都是,发送电路能够产生强大的磁场,以确保在最差的功率传送条件下,提供所需接收功率。不过,同样重要的是,在最佳情况下,要避免接收器过热以及电气压力过大。当输出功率要求较低,耦合较强时,这一点尤其重要。一个例子是,电池充满电且Rx线圈靠近Tx线圈放置时的电池充电器。 用LTC4125实现简单但完整的发送器解决方案 发送器 IC 专为与凌力尔特产品库中多种不同电池充电器IC配套使用而设计,这配套器件作为接收器,例如LTC4120,其为一款无线功率接收器和电池充电器IC。 图1:在一个把LTC4120-4.2作为接收器上的400mA单节锂离子电池充电器的无线功率系统中,LTC4125在103kHz驱动一个24μH发送线圈,并采用1.3A输入电流门限,119kHz频率限值和41.5℃发送线圈表面温度限值。 LTC4125提供一个简单、强大和安全的无线功率发送器电路所需的全部功能。尤其是,该器件能够按照接收器负载需求调节输出功率,以及检测传导性异物的存在。 如之前提到的那样,无线充电器系统中的发送器需要产生一个强大的磁场,以确保在最差功率传送条件下,提供所需接收功率。为了实现这个目标,LTC4125采用了凌力尔特公司专有的AutoResonant技术。
图2:LTC4125 AutoResonant驱动电路 LTC4125 AutoResonant驱动电路确保每个SW引脚的电压始终与进入该引脚的电流同相。参见图2:当电流从SW1流向SW2时,开关A和C接通,开关D和B断开,反之亦然。用这种方法逐周期锁定驱动频率,可确保LTC4125始终以谐振频率驱动外部LC网络。这一点总是能够保证,即使在连续地改变影响LC谐振电路谐振频率的变量时也不例外,例如温度和附近接收器的反射阻抗。
图3:LTC4125 脉冲宽度扫描——随占空比提高,Tx线圈中的电压和电流增大。 LTC4125周期性地扫描占空比,以针对接收器负载情况找到最佳工作点。这种最佳功率点搜索在所有工作情况下都容许很大的空气隙和线圈之间较大的错位,同时避免接收器电路过热和电气压力过大。扫描周期很容易用单个外部电容器设定。
图4:有与没有传导性异物存在时,LTC4125发送器LC谐振电路电压的频率比较。 图4所示图形比较了有和没有传导性异物存在时,通过发送线圈所产生电压的频率。
图5:在这个无线功率传送系统中,LTC4125以103kHz频率驱动24μH发送线圈,频率限制为119kHz,发送线圈表面温度限制为41.5℃,在接收器端,LT3652HV作为1A单节LiFePO4(3.6V浮置电压) 电池充电器使用。
图6:采用 LTC4125典型和完整的无线功率发送器电路板。 |
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GMT+8, 2023-6-5 21:11