無(wu)線(xian)(xian)(xian)電技術(shu)用(yong)于(yu)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)，已(yi)經在全(quan)世界流(liu)行了近一百(bai)年。從當初的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)(xian)(xian)電廣(guang)播和無(wu)線(xian)(xian)(xian)電報，發展到(dao)(dao)現在的(de)(de)(de)衛星和微(wei)波通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)，以(yi)及普及到(dao)(dao)全(quan)球(qiu)幾乎每(mei)一個個人的(de)(de)(de)移(yi)動通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)、無(wu)線(xian)(xian)(xian)網絡、GPS等。無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)極大(da)地改變了人們的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)和生(sheng)活方式，沒(mei)有無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)，信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)化社(she)會(hui)的(de)(de)(de)目標(biao)(biao)是不(bu)(bu)可(ke)議的(de)(de)(de)。然而(er)，無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)傳(chuan)送(song)的(de)(de)(de)都是微(wei)弱的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)0,而(er)不(bu)(bu)是功率較大(da)的(de)(de)(de)/能量0。因此許(xu)多使用(yong)極為方便(bian)的(de)(de)(de)便(bian)攜式的(de)(de)(de)移(yi)動產(chan)品，都要不(bu)(bu)定期地連接電網進(jin)行充電，也(ye)因此不(bu)(bu)得(de)不(bu)(bu)留(liu)下各(ge)種插口和連接電纜。這(zhe)就(jiu)(jiu)很(hen)難實現具有防水(shui)性(xing)能的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)工藝，而(er)且這(zhe)種個性(xing)化0的(de)(de)(de)線(xian)(xian)(xian)纜使得(de)不(bu)(bu)同(tong)產(chan)品的(de)(de)(de)充電器很(hen)難通(tong)用(yong)。如果徹(che)底去掉這(zhe)些尾(wei)巴0,移(yi)動終(zhong)端(duan)設(she)備就(jiu)(jiu)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)真正的(de)(de)(de)自由0。也(ye)易(yi)于(yu)實現密(mi)封(feng)和防水(shui)。這(zhe)個目標(biao)(biao)必(bi)須要求能量也(ye)像信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)0一樣(yang)實現無(wu)線(xian)(xian)(xian)傳(chuan)輸。

　　能(neng)量的傳送和(he)信號的傳輸要(yao)求顯然不同(tong)，后(hou)者(zhe)要(yao)求其(qi)內(nei)容的完整和(he)真(zhen)實，不太要(yao)求效率(lv)(lv)，而前者(zhe)要(yao)求的是功率(lv)(lv)和(he)效率(lv)(lv)。雖然能(neng)量的無(wu)(wu)線(xian)傳送的想法(fa)早(zao)已(yi)有之，但因為一(yi)(yi)直(zhi)無(wu)(wu)法(fa)突破效率(lv)(lv)這個瓶頸(jing)，使它一(yi)(yi)直(zhi)不能(neng)進入(ru)實用領(ling)域。

　　目前，這個瓶頸仍(reng)然沒有實質性的(de)突破(po)。但是如(ru)果對傳輸(shu)距(ju)(ju)離(li)沒有嚴格(ge)要求（不跟無線通信(xin)比），比如(ru)在數(shu)cm（本文稱(cheng)微距(ju)(ju)0）的(de)范圍(wei)內，其(qi)傳輸(shu)效率(lv)就很容易提高到(dao)滿意的(de)程度。如(ru)果能(neng)(neng)用(yong)比較簡單的(de)設備實現(xian)微距(ju)(ju)條(tiao)件下的(de)無線傳能(neng)(neng)，并形成商業化(hua)的(de)推廣(guang)應用(yong)，當今社(she)會隨處可見的(de)移動電子設備將(jiang)有可能(neng)(neng)面臨(lin)一次新(xin)的(de)變革。

　　2 工作原理

　　將直流電轉換成高頻交流電，然后通(tong)過沒有(you)任何有(you)有(you)線(xian)(xian)連接的(de)原、副線(xian)(xian)圈之間(jian)的(de)互(hu)感耦合實現電能的(de)無線(xian)(xian)饋送。基本方案(an)如圖1所示(shi)。

　　本無線充電器0由電(dian)(dian)能發送電(dian)(dian)路(lu)和電(dian)(dian)能接收與充(chong)電(dian)(dian)控制電(dian)(dian)路(lu)兩部分構成。

　　2.1 電能發送部分(fen)

　　如圖(tu)2,無線電能發送單(dan)元的供(gong)電電源(yuan)有兩種：

　　220V交(jiao)流(liu)和24V直流(liu)（如汽車電(dian)(dian)源），由繼(ji)(ji)電(dian)(dian)器J選(xuan)擇。按照交(jiao)流(liu)優先的原則，圖(tu)中繼(ji)(ji)電(dian)(dian)器J的常(chang)閉觸點與直流(liu)（電(dian)(dian)池BT1）連接。正(zheng)常(chang)情況(kuang)下S3處于接通(tong)狀態。

圖(tu)2無(wu)線電能發送(song)單元電路圖(tu)

　　當有交(jiao)流供(gong)電(dian)(dian)時，整(zheng)流濾波后的約26V直(zhi)流使繼電(dian)(dian)器J吸合，發送電(dian)(dian)路(lu)(lu)單元便工作于(yu)交(jiao)流供(gong)電(dian)(dian)方(fang)式，此時直(zhi)流電(dian)(dian)源(yuan)BT1與電(dian)(dian)能發送電(dian)(dian)路(lu)(lu)斷開，同時LED1（綠色）發光顯示這一狀態(tai)。

　　經繼電器J選(xuan)擇的+24V直流電主(zhu)要(yao)為(wei)(wei)發射(she)線圈L1供(gong)電，此外(wai)，經IC1（78L12）降壓后為(wei)(wei)集成電路IC2供(gong)電，為(wei)(wei)保證J的動作不影響發送電路的穩(wen)定(ding)工作，電容(rong)C3的容(rong)量(liang)不得小于2200uF。

　　電(dian)能(neng)的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)(xian)傳送實(shi)際上是通過發射線(xian)(xian)圈L1和(he)接(jie)收線(xian)(xian)圈L2的(de)(de)(de)互(hu)感(gan)作用實(shi)現的(de)(de)(de)，這(zhe)里(li)L1與(yu)L2構成(cheng)一個(ge)無(wu)磁芯的(de)(de)(de)變壓器的(de)(de)(de)原、副線(xian)(xian)圈。為(wei)保證足夠的(de)(de)(de)功率(lv)和(he)盡可能(neng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)效率(lv)，應(ying)選擇較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)調(diao)制頻率(lv)，同時要(yao)考(kao)慮(lv)到器件(jian)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)頻特性，經實(shi)驗選擇1.6MHz較為(wei)合(he)適。

　　IC1為(wei)CMOS六非(fei)門(men)CD4069,這里只用了三個非(fei)門(men)，由F1,F2構成(cheng)方(fang)(fang)波振蕩器，產生(sheng)約(yue)1.6MHz的方(fang)(fang)波，經F3緩沖并整形，得到幅度(du)約(yue)11V的方(fang)(fang)波來激(ji)勵VMOS功放管(guan)IRF640.足以使其工作在開(kai)關狀(zhuang)態(tai)（丁類），以保證盡(jin)可能高的轉(zhuan)換效率。為(wei)保證它與L1C8回路的諧振頻(pin)率一致。可將(jiang)C4定為(wei)100pF,R1待調(diao)。為(wei)此(ci)將(jiang)R1暫定為(wei)3K,并串(chuan)入可調(diao)電(dian)阻RP1。在諧振狀(zhuang)態(tai)，盡(jin)管(guan)激(ji)勵是(shi)方(fang)(fang)波，但(dan)L1中(zhong)的電(dian)壓是(shi)同頻(pin)正弦波。

　　由此(ci)可(ke)見，這(zhe)一部分(fen)實(shi)際上是個變(bian)(bian)頻器，它將50Hz的(de)正(zheng)弦(xian)(xian)轉變(bian)(bian)成(cheng)1.6MHz的(de)正(zheng)弦(xian)(xian)。

　　2.2 電(dian)能接收與充電(dian)控制部分

　　正(zheng)常情況下，接(jie)(jie)收線(xian)(xian)圈L2與發射(she)線(xian)(xian)圈L1相距不過幾cm,且(qie)接(jie)(jie)近(jin)同軸，此時可獲(huo)得較高的(de)傳輸效率。

　　電(dian)能接收(shou)與充(chong)電(dian)控(kong)制電(dian)路單元(yuan)的(de)原理如圖3所示。

　　L2感應(ying)得(de)(de)到的(de)1.6MHz的(de)正弦電壓有(you)效值約有(you)16V（空載）。經橋(qiao)式整(zheng)流(liu)（由4只1N4148高頻開(kai)關二極(ji)管構成）和C5濾(lv)波，得(de)(de)到約20V的(de)直流(liu)。作為充電控(kong)制部(bu)分的(de)唯一電源。

　由R4,RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的充電(dian)終(zhong)止電(dian)壓(ya)）經R12接到運放IC的同相輸(shu)入端(duan)3。當IC2的反相輸(shu)入端(duan)2低于4.15V時(shi)（充電(dian)過程中），IC3輸(shu)出的高電(dian)位一方面使Q4飽(bao)和從而在LED2兩端(duan)得(de)到約2V的穩(wen)定電(dian)壓(ya)（LED的正向導通具有穩(wen)壓(ya)特性），Q5與R6、R7便據此構成恒流(liu)電(dian)路(lu)I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止，LED3不亮。

圖3無線(xian)電(dian)能(neng)接(jie)收器電(dian)路圖

　　當電池充(chong)滿（略(lve)大于4.15V）時，IC3的反(fan)相輸入端2略(lve)高于4.15V。運放便輸出低(di)電位，此時Q4截止(zhi)(zhi)，恒流管Q5因完全得不(bu)到偏流而截止(zhi)(zhi)，因而停止(zhi)(zhi)充(chong)電。同(tong)時運放輸出的低(di)電位經R8使Q3導通，點亮LED3作(zuo)為充(chong)滿狀態指示。

　　兩種充電(dian)模式(shi)由R6、R7決定。這(zhe)個(ge)非序列值可以在E24序列電(dian)阻(zu)的標稱值為918的電(dian)阻(zu)中找到，就用918的也行。

　　如果作(zuo)為產品設計，這部分電(dian)(dian)路應當盡可能微型化（電(dian)(dian)流表電(dian)(dian)壓表只是在實驗品中(zhong)調試時用，產品中(zhong)不需要），最(zui)好(hao)成為電(dian)(dian)池的附屬電(dian)(dian)路。

　　3 主要元器件(jian)選擇(ze)

　　電源變壓器T15VA18V,這(zhe)里利用(yong)現有的(de)雙18V的(de)，經整流濾(lv)波后得到約24V的(de)直流。

　　繼電器(qi)J）））DC24V,經(jing)測量其可靠吸(xi)合電流為13mA。

　　保險管FUSE）））快速反(fan)應的1A。

　　可調電(dian)阻RP1和RP2）））用(yong)精密可調的。

　　諧振電容C8）））瓷(ci)介電容耐壓不小于63V。

　　整流(liu)橋D5-D8）））用(yong)高頻開關管1N4148。

　　精密電壓源）））TL431。

　　運(yun)放(fang)IC3）））OPA335,TI公司的(de)軌(gui)對軌(gui)精密單運(yun)放(fang)。

　　晶體管Q3、Q4和Q5）））要求漏電流(liu)小于0.1uA,放大倍數大于200,圖中(zhong)已標型號。

　　發(fa)光管LED2）））普亮（紅(hong)），正向(xiang)VA特性盡可(ke)能陡(dou)直(zhi)（動態電阻小，穩(wen)壓特性好(hao)）。

　　發(fa)送(song)線圈(quan)L1）））用U1mm的(de)漆包線在U66mm的(de)圓(yuan)柱體（易拉罐正好）上密繞20匝，用502膠適當粘接，脫胎成桶形線圈(quan)。

　　接收線圈L2）））用(yong)U0.4mm的(de)漆包線在同樣的(de)圓柱體上密(mi)繞20匝，脫胎(tai)后(hou)整理成密(mi)圈形然后(hou)粘(zhan)接固定。這是為了使接收單元(yuan)盡可(ke)能薄型化。

　　4 調試要點

　　在(zai)發送單元的FUSE1回路上(shang)串入(ru)電流(liu)表，以保持監(jian)測(ce)。按以下順序調(diao)試。

　　4.1 調工(gong)作(zuo)頻(pin)率

　　調PR1使F1-F2產生的(de)(de)方波(bo)頻率(lv)與C8L1的(de)(de)諧振(zhen)頻率(lv)一致。此(ci)時電(dian)流表的(de)(de)讀數最小，接(jie)收(shou)線(xian)圈L2所得的(de)(de)感應電(dian)壓(ya)最大，暫不接(jie)被充(chong)電(dian)池BT2.。