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无线供电集成电路的特征及其应用

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:216

标签:

摘要: 无线供电(WirelessPower)是一个古老又时新的话题。从1831年法拉第的第一台发电机的发明,使有线供电成为现实以来,在长达两个世纪的漫长过程中,无数的科学家和幻想家都希望有朝一日能实现无线供电,并为之奋斗不息。近来,在互联网上,无线供电应用的消息频频出现,如无线供电的蓝牙耳机、无线供电的电动牙刷、无线供电的圣诞树等,特别是美国麻省理工学院的无线供电,竟能在2m外点亮一只60W灯泡,真是神

无线供电(WirelessPower)是一个古老又时新的话题。从1831年法拉第的第一台发电机的发明,使有线供电成为现实以来,在长达两个世纪的漫长过程中,无数的科学家和幻想家都希望有朝一日能实现无线供电,并为之奋斗不息。近来,在互联网上,无线供电应用的消息频频出现,如无线供电的蓝牙耳机、无线供电的电动牙刷、无线供电的圣诞树等,特别是美国麻省理工学院的无线供电,竟能在2m外点亮一只60W灯泡,真是神奇!在google中输入"无线供电"进行搜索,你可以发现,无线供电不但实用而且已经产业化了,其中VOXxxMPxx系列(x为数字)无线供电IC就是一个例子。它有多个型号,如VOX06MP01、VOX12MP05、VOX24MP20等,从网上下载它们的使用说明书后可发现,这些型号的无线供电lC具有不同的工作电压和无线供电能力,它们分别是1W、5w和20W(指接收端实际接收到的电功率),其应用电路十分简单,外围元件极少,只有两三个常见电容或电阻,价格也比较便宜。其外形下图如所示。

无线供电lC

一、VOXxxMPxx的主要特征:

1.三极或四极结构、厚膜封装。

2.DC-AC转换,应用电路简单,调试方便。

3.发射线圈和接收线圈是完全分离的。发射线圈在用电器外,接收线圈在用电器内,电能从用电器外部传到用电器内部,因此,实现了电力的无线传输(无线连接),也实现了电源与电器的彻底分离,增强了电器的安全性、灵活性、防水性等。

4.发射线圈和接收线圈的匝数很少,仅需数圈便可工作,且形状可任意改变,适用于不同的电器。

5.不依赖任何介质而工作。电力的无线输送可以穿越多种介质,如空气、木质材料、玻璃、水等非金属介质,并实现了同样的功能和效率。但贴近金属将严重影响其工作效率。

6.工作时不干扰常用家电,对人畜无害,也不影响磁卡数据。

二、工作电路

VOX06MP01、VOX12MP05、VOX24MP20的典型工作电路如图2、图3所示。

VOX12MP05和VOX24MP20的工作电路是相同的,不同的是工作电压和输出功率。可参看下表。

工作电压和输出功率

34

54

上图、下图中的元件参数分别如上表、下表所示。

56

56

三、工作原理

从上述电路可见,其接收部分完全相同,均只有一个空心线圈L2,这是接收天线,发射部分均有一个空心线圈L1,就是发射天线。

这类IC的工作原理均为电磁感应。主要通过磁场来传递电能,即一个频率较高的电源逆变器(原理不再赘述)。与传统逆变器不同的是,它们采用了空心线圈,而且匝数很少,只有数圈(通常为10匝左右),两个线圈可以完全分离,在小功率接收(如点亮LED灯)的前提下,其最大距离可以达到30cm左右。在大功率接收的前提下,距离只有几个毫米。更有趣的是,两个线圈之间允许存在各种非金属介质,如空气、水、玻璃、塑料、木板等,这就体现了一个重要的特性:隔物供电。

接收端的电压通过改变L2的匝数来调整。

四、应用范围

由于此类无线供电IC具有隔物供电的功能,突破了传统的有线供电模式,是有线供电的延伸和补充,因此,具有广泛的应用范围和应用前景,其应用范围归纳有三类,分别是:

1.移动性强的小电器的供电或充电,如剃须刀充电、手表充电、机器人充电等。

2.水下供电和防水电器,如水下照明、水下爆破、鱼缸照明、电热毯等。

3.有线供电无法实现的电器或场所,如各类传感器或探测器及某些军用场所等。

五、调试

1.L1和L2的形状与大小关系

Ll与L2的形状应相似,如同为圆形、方形等,L2不大于Ll。

2.L1与L2的空间关系

对于VOX06MP01而言,它是双向发射,L2位于Ll的两侧,具有相同的效果。对于VOX12MP05和VOX24MP20而言,它们是单向发射,Ll两侧的磁场强度不同,因此,L2的接收效率不同。L2与Ll紧密相邻(平行)时,具有最佳传输效率,此时效率优于完全嵌入。如下图所示。

L1与L2的空间关系

3.发射功率调整,即输入电流的调整

发射功率与工作电压有直接的关系,电压高发射功率大。

当电压一定时,以上三种IC的调试方法相似,均可以在发射端串入一电流表,改变Ll的匝数,电流将随之变化,通常当电流最大值时,固定L1。

4.接收效率的调整

为增强接收效果,提高接收效率,可在接收线圈L2的两端并联一个调整电容,这个电容的大小根据实际效果而定,通常为数千皮法,耐压根据需要而定。

六,应用举例

1.交流供电

接收电器如下图所示,此法适用于给无感电器供电,如电热丝加热、LED照明(水下照明)等。

接收电器

2.直流供电(充电)

电路如下图所示,此法适用于给直流电器供电或充电。如直流电机、移动设备、直流音响设备、直流仪表等。

电路

3.全方位接收

电路如下图所示,三个线圈分别置于相互垂直的三个平面中,并联成一个球体,这就是一个全方位电源为电器提供内动力,当它旋转到任意方位时,均可以较好地接收来自发射线圈Ll的能量,无论Ll处于附近的任意平面上。此法特别适用于球形或类球形运动体的无线供电。

电路

三个线圈的空间排列顺序如下图所示。

三个线圈的空间排列顺序

七、EMC问题的解决

任何金属(包括铝箔纸等)均可以全面地吸收此类IC发出的磁场,因此,在发射线圈和接收线圈的外侧(2cm以外),衬上一层金属膜,便可以全面吸收多余的磁场,防止外泄(虽然它们的磁场对常见家电、人畜及磁卡无害)。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67