無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)技術(shu)用于(yu)通(tong)信(xin)(xin)，已經在全(quan)世界流行了近一百年。從當初的無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)廣播和(he)無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)報，發展到(dao)現在的衛星(xing)和(he)微波通(tong)信(xin)(xin)，以及普及到(dao)全(quan)球幾乎每一個(ge)(ge)個(ge)(ge)人的移(yi)(yi)動(dong)(dong)通(tong)信(xin)(xin)、無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)網(wang)絡(luo)、GPS等。無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)極大地(di)改變了人們(men)的生產(chan)和(he)生活(huo)方(fang)式，沒有無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)，信(xin)(xin)息(xi)化社會的目(mu)標(biao)是(shi)不(bu)可議(yi)的。然而，無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)傳(chuan)送的都(dou)(dou)是(shi)微弱(ruo)的信(xin)(xin)息(xi)0,而不(bu)是(shi)功率較大的/能(neng)量(liang)0。因(yin)此許多(duo)使用極為方(fang)便的便攜式的移(yi)(yi)動(dong)(dong)產(chan)品，都(dou)(dou)要不(bu)定期地(di)連(lian)接電(dian)網(wang)進行充(chong)電(dian)，也因(yin)此不(bu)得(de)不(bu)留下(xia)各種插口和(he)連(lian)接電(dian)纜(lan)。這就很難(nan)實現具(ju)有防水性能(neng)的密(mi)封工藝，而且這種個(ge)(ge)性化0的線(xian)(xian)(xian)纜(lan)使得(de)不(bu)同產(chan)品的充(chong)電(dian)器很難(nan)通(tong)用。如果(guo)徹底去掉這些尾巴0,移(yi)(yi)動(dong)(dong)終端設備就可以獲得(de)真正(zheng)的自由0。也易于(yu)實現密(mi)封和(he)防水。這個(ge)(ge)目(mu)標(biao)必須要求能(neng)量(liang)也像信(xin)(xin)息(xi)0一樣實現無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)傳(chuan)輸(shu)。

　　能(neng)量的(de)(de)傳送和(he)信(xin)號的(de)(de)傳輸要(yao)求(qiu)顯然不(bu)同，后者(zhe)要(yao)求(qiu)其(qi)內容(rong)的(de)(de)完(wan)整和(he)真實，不(bu)太要(yao)求(qiu)效率(lv)，而前(qian)者(zhe)要(yao)求(qiu)的(de)(de)是功率(lv)和(he)效率(lv)。雖然能(neng)量的(de)(de)無線傳送的(de)(de)想法早已有之，但因為一直無法突破(po)效率(lv)這個瓶頸(jing)，使它一直不(bu)能(neng)進入實用領(ling)域。

　　目前，這(zhe)個瓶(ping)頸仍然沒有實質(zhi)性的(de)(de)突破(po)。但是如果對(dui)傳輸(shu)距(ju)離沒有嚴(yan)格(ge)要求(qiu)（不(bu)跟無線通(tong)信比），比如在數(shu)cm（本文(wen)稱微距(ju)0）的(de)(de)范(fan)圍內，其傳輸(shu)效率(lv)就(jiu)很容(rong)易提高到滿意的(de)(de)程度。如果能(neng)用比較簡單(dan)的(de)(de)設備實現微距(ju)條件下的(de)(de)無線傳能(neng)，并(bing)形成(cheng)商業化的(de)(de)推廣應(ying)用，當今社(she)會隨處可(ke)見的(de)(de)移動電(dian)子設備將有可(ke)能(neng)面臨一次新(xin)的(de)(de)變革。

　　2 工作原理

　　將直流(liu)(liu)電(dian)(dian)轉(zhuan)換成高頻交流(liu)(liu)電(dian)(dian)，然后通過沒有任何有有線(xian)(xian)連(lian)接的原、副(fu)線(xian)(xian)圈之間的互(hu)感耦合實現電(dian)(dian)能(neng)的無(wu)線(xian)(xian)饋送(song)。基本方(fang)案如(ru)圖1所示。

　　本無線充電器0由電能發(fa)送(song)電路和電能接收(shou)與充電控制電路兩(liang)部分構成。

　　2.1 電(dian)能發送(song)部分

　　如圖2,無線電能發送單元的供電電源有兩種(zhong)：

　　220V交(jiao)流(liu)和(he)24V直流(liu)（如(ru)汽車(che)電(dian)(dian)源(yuan)），由繼電(dian)(dian)器J選擇。按照(zhao)交(jiao)流(liu)優先(xian)的原則，圖中繼電(dian)(dian)器J的常閉觸(chu)點(dian)與直流(liu)（電(dian)(dian)池BT1）連接。正常情況下S3處于接通狀態。

圖(tu)2無線(xian)電能發送單元(yuan)電路圖(tu)

　　當有交流(liu)供(gong)電時，整(zheng)流(liu)濾波后的約26V直(zhi)流(liu)使繼(ji)電器(qi)J吸合，發送電路單元(yuan)便(bian)工作于(yu)交流(liu)供(gong)電方式，此時直(zhi)流(liu)電源(yuan)BT1與電能發送電路斷開，同時LED1（綠色(se)）發光顯示這一狀態。

　　經繼電(dian)器J選擇(ze)的+24V直流(liu)電(dian)主要為發(fa)射線圈(quan)L1供電(dian)，此外，經IC1（78L12）降壓(ya)后為集成(cheng)電(dian)路IC2供電(dian)，為保證J的動作(zuo)不影響發(fa)送電(dian)路的穩定工(gong)作(zuo)，電(dian)容C3的容量(liang)不得(de)小于2200uF。

　　電(dian)能(neng)的(de)(de)(de)(de)無(wu)線傳送實(shi)際(ji)上是通過發射線圈(quan)L1和接收線圈(quan)L2的(de)(de)(de)(de)互(hu)感(gan)作用實(shi)現的(de)(de)(de)(de)，這里L1與L2構成一個無(wu)磁芯的(de)(de)(de)(de)變(bian)壓器(qi)的(de)(de)(de)(de)原、副線圈(quan)。為保證足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)功率(lv)和盡(jin)可能(neng)高的(de)(de)(de)(de)效率(lv)，應選擇較高的(de)(de)(de)(de)調(diao)制頻率(lv)，同(tong)時要考慮到器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)高頻特性，經(jing)實(shi)驗選擇1.6MHz較為合適(shi)。

　　IC1為CMOS六非(fei)門CD4069,這(zhe)里只用(yong)了三個非(fei)門，由F1,F2構(gou)成方(fang)波振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器(qi)，產(chan)生約1.6MHz的(de)方(fang)波，經(jing)F3緩沖并整形，得(de)到幅度約11V的(de)方(fang)波來(lai)激勵VMOS功放管(guan)IRF640.足以使其工作在(zai)開(kai)關狀態(tai)(tai)（丁類），以保(bao)證盡可能(neng)高的(de)轉換效(xiao)率。為保(bao)證它與L1C8回路的(de)諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)頻率一致。可將C4定(ding)為100pF,R1待(dai)調(diao)。為此將R1暫定(ding)為3K,并串入可調(diao)電阻RP1。在(zai)諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)狀態(tai)(tai)，盡管(guan)激勵是方(fang)波，但L1中(zhong)的(de)電壓是同頻正(zheng)弦波。

　　由此可見，這(zhe)一部分實際上是個變頻(pin)器，它(ta)將(jiang)50Hz的正弦轉變成1.6MHz的正弦。

　　2.2 電能接收與充電控制部分

　　正常情況下，接(jie)收線圈(quan)L2與發射線圈(quan)L1相(xiang)距不(bu)過幾cm,且接(jie)近(jin)同軸，此時可獲(huo)得較高的傳輸(shu)效(xiao)率。

　　電(dian)能接(jie)收與充電(dian)控制(zhi)電(dian)路單元的原理如(ru)圖3所(suo)示。

　　L2感(gan)應得(de)到的(de)(de)1.6MHz的(de)(de)正弦電壓有(you)效(xiao)值約有(you)16V（空載）。經(jing)橋式整流（由4只(zhi)1N4148高頻開關二極管構(gou)成(cheng)）和C5濾波，得(de)到約20V的(de)(de)直(zhi)流。作為(wei)充(chong)電控制部分(fen)的(de)(de)唯一電源。

　由R4,RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的(de)充電(dian)(dian)(dian)(dian)終(zhong)止電(dian)(dian)(dian)(dian)壓）經R12接(jie)到運(yun)放(fang)IC的(de)同相輸入(ru)端3。當(dang)IC2的(de)反相輸入(ru)端2低于4.15V時（充電(dian)(dian)(dian)(dian)過程中），IC3輸出的(de)高電(dian)(dian)(dian)(dian)位一方面使Q4飽和(he)從(cong)而在LED2兩端得到約2V的(de)穩定電(dian)(dian)(dian)(dian)壓（LED的(de)正向導通具有穩壓特(te)性），Q5與R6、R7便(bian)據此構成恒流電(dian)(dian)(dian)(dian)路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止，LED3不亮(liang)。

圖3無線電能接收(shou)器電路(lu)圖

　　當電(dian)(dian)池(chi)充滿（略(lve)大于4.15V）時(shi)，IC3的反(fan)相輸入(ru)端2略(lve)高于4.15V。運放(fang)便(bian)輸出低電(dian)(dian)位，此時(shi)Q4截(jie)止，恒流管Q5因完全得不到偏流而截(jie)止，因而停止充電(dian)(dian)。同時(shi)運放(fang)輸出的低電(dian)(dian)位經(jing)R8使(shi)Q3導(dao)通，點亮LED3作為(wei)充滿狀態指示(shi)。

　　兩(liang)種(zhong)充電模式(shi)由R6、R7決定。這個(ge)非(fei)序(xu)列值(zhi)可以在E24序(xu)列電阻的(de)標稱值(zhi)為918的(de)電阻中找到，就用918的(de)也行。

　　如果(guo)作為(wei)(wei)產品設計，這部分電路(lu)應當盡可能微(wei)型化（電流表電壓(ya)表只是(shi)在實驗品中調試時用，產品中不(bu)需要），最好成為(wei)(wei)電池的(de)附屬(shu)電路(lu)。

　　3 主(zhu)要元器(qi)件選擇

　　電源(yuan)變壓器T15VA18V,這里利用現有的雙18V的，經整流濾波后得到約24V的直流。

　　繼電器J）））DC24V,經測(ce)量其可靠吸合電流(liu)為(wei)13mA。

　　保險管FUSE）））快速反應的1A。

　　可調電阻RP1和RP2）））用(yong)精密可調的(de)。

　　諧(xie)振(zhen)電(dian)容C8）））瓷介電(dian)容耐(nai)壓不小于63V。

　　整流橋D5-D8）））用高頻開(kai)關(guan)管1N4148。

　　精密電壓源）））TL431。

　　運(yun)放IC3）））OPA335,TI公(gong)司的軌(gui)對(dui)軌(gui)精密(mi)單運(yun)放。

　　晶體管Q3、Q4和Q5）））要求(qiu)漏(lou)電流小于0.1uA,放(fang)大(da)倍數(shu)大(da)于200,圖中(zhong)已標(biao)型(xing)號。

　　發光管(guan)LED2）））普亮（紅），正向VA特性盡可能陡直(zhi)（動態電阻小(xiao)，穩壓(ya)特性好）。

　　發送線圈(quan)L1）））用(yong)U1mm的漆(qi)包線在U66mm的圓柱體（易拉罐正好）上密繞20匝(za)，用(yong)502膠適當粘接，脫胎成(cheng)桶形線圈(quan)。

　　接收(shou)線(xian)圈L2）））用U0.4mm的(de)漆包線(xian)在同樣的(de)圓柱體上密(mi)繞(rao)20匝(za)，脫胎后(hou)整理成密(mi)圈形然后(hou)粘接固定。這是為了使接收(shou)單元盡(jin)可能薄(bo)型化。

　　4 調試要點

　　在發送單元的FUSE1回(hui)路上串入電流(liu)表(biao)，以保(bao)持監(jian)測。按(an)以下順序調試(shi)。

　　4.1 調(diao)工作頻率

　　調PR1使(shi)F1-F2產生(sheng)的(de)方波(bo)頻(pin)(pin)率(lv)與C8L1的(de)諧振頻(pin)(pin)率(lv)一致。此時電流表的(de)讀數最(zui)小，接收線(xian)圈L2所得(de)的(de)感應電壓最(zui)大，暫不接被充電池(chi)BT2.。