无线充电原理全面剖析

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1、无线充电原理全面剖析来源：大比特商务网摘要：随着可携式媒体播放器、智慧手机和平板电脑等电池供电的消费性电子设备的不断普及，导致家里到处充斥着大量不同的充电器和成捆的缆线。以无线方式给设备充电的概念即没有任何直连线的连接已经推出一段时间了，现在止迅速提起人们的兴趣，使之更加灵活和更加有用。随着可携式媒体播放器、智慧手机和平板电脑等电池供电的消费性电子设备的不断普及，导致家里到处充斥着大量不同的充电器和成捆的缆线。无线充电即没有任何肖连线连接的概念已经推出一段时间了,现在正迅速提起人们的兴趣，使Z更加灵活和更加有用。不过H前有哪些不同的技术、工程师需要应付的

2、设计挑战又有哪些呢？由于无需使用充缆缆线，给消费设备进行无线充电有许多吸引人的地方。也许应该说得更明白点，无线充电的目的是透过不同于有线或连接器等的创新方式提供给设备电池充电的新途径。无线充电方式在诸如电动牙刷等许多消费设备中已经非常流行，其中最主要的一种方法是基于麦克斯韦定律的感测方法，即來自某个线圈的磁场变化会在另外一个与Z耦合的线圈中产生电流。虽然使用磁场的感测方法适合类似上述这样的许多小设备，但在平板电脑和智慧于•机等更加现代的消费电子设备中使用这种方法面临着诸多工程设计挑战。随着馈送给电池的功率的增加，相对效率或摆放耦合线圈的灵活性要求也会提高

3、。这种感测方法的主要考虑因素是如何控制产生或'发送'能量并使用感测磁场传送给'接收'设备的讯号所产牛的电磁干扰（EMI）o接收设备随后将磁场能量转换为电能再给电池充电。Wi-Fi.蓝牙、近场通讯（NFC）、蜂巢式系统和调频广播是众多无线语音和数据连接方法屮的一些例子，它们可能都会受到这种电磁场的干扰。当然，另外一个考虑因素是使功率传输效率尽可能高，即使在更高功率电平和更宽摆放误差等挑战约束条件下。在过去儿年中，业界对于如何实现感测充电技术提出了许多新的想法，但规避EMI影响的进展不像期望的那样顺利，因为达到EMI相容需要付岀艰巨的努力。最近这方面的挑战得

4、到了进一步发展，这得感谢无线充电联盟（WPC）的不懈努力。WPC是美国消费电子（CEA）组织的一项行动计划，冃的是鼓励进一步研究开发，使无线充电更加引人注目，因而得到更大消费群体的青睐。感测方法的另外一个众所周知的约束条件是需要精确地配对充电器和被充设备，这可以川电动牙刷例子來很好地描述。充电器_基板上有一个小塔，从放置待充电牙刷的基板上升出來。使用这种方法可以使两个线圈完美匹配，以确保磁能的传输。任何稍微的不对齐都会完全丢失功率传输能力。在使用诸如智慧手机或平板电脑等要求稍大功率电平的其它设备时，这种使用方法显然很不方便。最后，存在如何解决电热损失的问

5、题。充电器功率越高，热量损失越大。这对温度高度感测的锂离子电池来说更是个问题，很可能会在今天外形高度紧密的消费电了设计中产生元件应力。使用电容器架构是可以代替磁场无线充电的刃外一种无线充电方法，这种方法的嫄理类似于电场的麦克斯韦定律。这种概念已经被村山公司採纳，并被广泛导入新的设计。该公司的做法是使用準静电电场并透过电容器传输能量，这种电容器则是由属于实体上分开的元件的两个电极组成。将这两个元件彼此靠近就能形成一个电容器阵列，并用来传输能量。使用两组电极或极板就可以透过静电感测实现能量的传输。充电器或'发送器'和可携式设备或'接收器’用来有效地在组成电容

6、器的合适尺寸金属表面间实现纵向的準静电耦合。其小驱动电极或主动电极要比另外一个电极小，上面施加的电压较高，另外一个电极则是被动电极，尺寸较长，上面的电圧较低。当然止常情况下，电容器传输的能量是很小的，这与电极面积小有很大的关係。因此，为了满足给消费设备充电所需的功率水準（例如从5W至25W）,需要增加电极尺寸和耦合的电压值，具体取决于实际的配置。这种模组化方法允许工程师集屮精力开发耦合区的电极设计，因而有助于快速开发出无线充电功能。透过静电方法传输的能量大小直接正比于所使用的频率。因此用更高的频率驱动电极对可以使设计处理更高的功率。然而，各个国家对所使用

7、的频率和电场强度都有限制规定。实际上这种配置可以形成一种非常有效的天线结构，因此EMI因素通常会限制设计灵活性。为了实现耦合电极之间的无线收发、同时尽量减少对外的辐射量,需要进行正确地设计。因此需要进一步理解和确定正确的电极尺寸、它们的设计、工作电压、功率值、最住工作频率和总的尺寸约束条件。一般情况下，理想的频率範围在200kHz至1MHz之间，有效耦合区的电压值在800V至］.52kV之间o对于一个满足EMT和容要求的10W充电器来说，发送至接收电容器耦合过程中存在电压步升和步降现象。採用模组化架构的设计概念允许装置製造商将模组作为黑盒子，因而方便发送

8、器和接收器的整合。发送器设计覆盖到电源的链路、无线能量传输的控制以及根据位置灵活