無(wu)(wu)(wu)線(xian)電技術用(yong)(yong)于(yu)通(tong)(tong)信(xin)，已經在全世界流行(xing)了(le)近一(yi)百年(nian)。從當(dang)初(chu)的(de)(de)(de)無(wu)(wu)(wu)線(xian)電廣(guang)播和(he)無(wu)(wu)(wu)線(xian)電報，發展(zhan)到現(xian)在的(de)(de)(de)衛(wei)星(xing)和(he)微(wei)波(bo)通(tong)(tong)信(xin)，以(yi)及普及到全球(qiu)幾乎每一(yi)個(ge)個(ge)人的(de)(de)(de)移(yi)動通(tong)(tong)信(xin)、無(wu)(wu)(wu)線(xian)網(wang)絡、GPS等。無(wu)(wu)(wu)線(xian)通(tong)(tong)信(xin)極(ji)大(da)地改變了(le)人們的(de)(de)(de)生產和(he)生活(huo)方式，沒有(you)無(wu)(wu)(wu)線(xian)通(tong)(tong)信(xin)，信(xin)息(xi)化社(she)會的(de)(de)(de)目標是不(bu)可議的(de)(de)(de)。然而(er)，無(wu)(wu)(wu)線(xian)通(tong)(tong)信(xin)傳(chuan)(chuan)送的(de)(de)(de)都(dou)是微(wei)弱的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)0,而(er)不(bu)是功率較大(da)的(de)(de)(de)/能(neng)量(liang)0。因此許多(duo)使用(yong)(yong)極(ji)為(wei)方便的(de)(de)(de)便攜式的(de)(de)(de)移(yi)動產品(pin)，都(dou)要不(bu)定期地連(lian)接(jie)電網(wang)進行(xing)充電，也(ye)(ye)因此不(bu)得(de)不(bu)留下(xia)各種(zhong)插口和(he)連(lian)接(jie)電纜。這(zhe)就很難實現(xian)具(ju)有(you)防水性能(neng)的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)工(gong)藝，而(er)且(qie)這(zhe)種(zhong)個(ge)性化0的(de)(de)(de)線(xian)纜使得(de)不(bu)同(tong)產品(pin)的(de)(de)(de)充電器很難通(tong)(tong)用(yong)(yong)。如果(guo)徹底去(qu)掉這(zhe)些尾巴(ba)0,移(yi)動終端設備就可以(yi)獲得(de)真正的(de)(de)(de)自由0。也(ye)(ye)易于(yu)實現(xian)密(mi)封(feng)(feng)和(he)防水。這(zhe)個(ge)目標必須要求能(neng)量(liang)也(ye)(ye)像信(xin)息(xi)0一(yi)樣實現(xian)無(wu)(wu)(wu)線(xian)傳(chuan)(chuan)輸。

　　能(neng)(neng)量的(de)(de)傳(chuan)送和(he)信號的(de)(de)傳(chuan)輸要(yao)(yao)求顯然不同(tong)，后者要(yao)(yao)求其內容(rong)的(de)(de)完整和(he)真實，不太(tai)要(yao)(yao)求效(xiao)率(lv)，而前者要(yao)(yao)求的(de)(de)是功率(lv)和(he)效(xiao)率(lv)。雖然能(neng)(neng)量的(de)(de)無(wu)線(xian)傳(chuan)送的(de)(de)想(xiang)法早已有之，但因(yin)為一直(zhi)無(wu)法突破效(xiao)率(lv)這個瓶頸，使它一直(zhi)不能(neng)(neng)進入實用領域。

　　目(mu)前，這個(ge)瓶(ping)頸仍然(ran)沒有實(shi)質性的(de)(de)突破。但是如果對傳輸(shu)距離沒有嚴格要求(qiu)（不跟無線通信(xin)比(bi)），比(bi)如在數cm（本文稱微(wei)距0）的(de)(de)范圍內，其傳輸(shu)效(xiao)率就很容易提高到滿意的(de)(de)程度。如果能(neng)用比(bi)較簡單(dan)的(de)(de)設備實(shi)現微(wei)距條件(jian)下的(de)(de)無線傳能(neng)，并形成商業化(hua)的(de)(de)推廣應用，當今(jin)社會隨處可見(jian)的(de)(de)移動電子設備將有可能(neng)面臨一(yi)次新的(de)(de)變革。

　　2 工作原理

　　將直流電(dian)轉換成高頻交(jiao)流電(dian)，然后(hou)通過沒(mei)有任何有有線(xian)連接(jie)的原、副(fu)線(xian)圈之(zhi)間的互感(gan)耦(ou)合實(shi)現電(dian)能的無線(xian)饋送。基本方案如圖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(jie)收與充電(dian)(dian)控制(zhi)電(dian)(dian)路(lu)兩部分(fen)構成。

　　2.1 電能發送部分

　　如(ru)圖2,無線電(dian)能(neng)發送單元的供電(dian)電(dian)源有兩種：

　　220V交流(liu)(liu)和24V直流(liu)(liu)（如(ru)汽車電(dian)源），由繼電(dian)器J選(xuan)擇(ze)。按照交流(liu)(liu)優先的原則，圖中繼電(dian)器J的常閉觸(chu)點與直流(liu)(liu)（電(dian)池BT1）連(lian)接。正常情況下S3處(chu)于接通狀態。

圖2無線電能發送單元電路圖

　　當(dang)有交(jiao)流(liu)供電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)，整流(liu)濾(lv)波(bo)后的約(yue)26V直流(liu)使繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器J吸合，發(fa)送電(dian)(dian)(dian)(dian)路單(dan)元(yuan)便工(gong)作于交(jiao)流(liu)供電(dian)(dian)(dian)(dian)方式，此時(shi)(shi)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)BT1與電(dian)(dian)(dian)(dian)能發(fa)送電(dian)(dian)(dian)(dian)路斷開(kai)，同時(shi)(shi)LED1（綠色(se)）發(fa)光(guang)顯示(shi)這一(yi)狀態。

　　經(jing)繼電器J選(xuan)擇的+24V直流電主要為(wei)(wei)發(fa)射線(xian)圈L1供電，此外，經(jing)IC1（78L12）降壓后為(wei)(wei)集成電路(lu)IC2供電，為(wei)(wei)保證J的動作不影響發(fa)送電路(lu)的穩(wen)定工(gong)作，電容(rong)C3的容(rong)量(liang)不得小(xiao)于2200uF。

　　電(dian)能的(de)無(wu)(wu)線(xian)(xian)傳(chuan)送實(shi)(shi)際上(shang)是通過發射(she)線(xian)(xian)圈L1和接收線(xian)(xian)圈L2的(de)互感作用實(shi)(shi)現(xian)的(de)，這里L1與L2構(gou)成一(yi)個無(wu)(wu)磁芯的(de)變壓器的(de)原、副線(xian)(xian)圈。為(wei)保證足夠的(de)功(gong)率和盡可能高(gao)的(de)效率，應選擇較高(gao)的(de)調制頻率，同時要(yao)考慮到器件的(de)高(gao)頻特性，經實(shi)(shi)驗選擇1.6MHz較為(wei)合適。

　　IC1為(wei)(wei)CMOS六非門(men)CD4069,這里只用了(le)三(san)個非門(men)，由F1,F2構成方(fang)波(bo)(bo)振蕩器，產生(sheng)約(yue)(yue)1.6MHz的(de)方(fang)波(bo)(bo)，經F3緩沖并(bing)整形，得到幅度約(yue)(yue)11V的(de)方(fang)波(bo)(bo)來激勵(li)VMOS功放管IRF640.足以使其工作在(zai)開關狀態（丁類(lei)），以保(bao)證(zheng)盡可能高的(de)轉換效率。為(wei)(wei)保(bao)證(zheng)它(ta)與L1C8回路(lu)的(de)諧振頻率一致。可將(jiang)C4定(ding)為(wei)(wei)100pF,R1待調。為(wei)(wei)此將(jiang)R1暫(zan)定(ding)為(wei)(wei)3K,并(bing)串(chuan)入可調電(dian)阻RP1。在(zai)諧振狀態，盡管激勵(li)是方(fang)波(bo)(bo)，但L1中的(de)電(dian)壓是同頻正弦波(bo)(bo)。

　　由(you)此可見，這一(yi)部(bu)分實(shi)際(ji)上是個變頻(pin)器(qi)，它將(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(fen)

　　正(zheng)常情況(kuang)下，接(jie)收線(xian)(xian)圈L2與發射線(xian)(xian)圈L1相距不過幾(ji)cm,且接(jie)近同(tong)軸，此時可獲得(de)較高的傳輸效率。

　　電(dian)能接收與充電(dian)控(kong)制電(dian)路單元的原理如圖(tu)3所示。

　　L2感應(ying)得到的1.6MHz的正(zheng)弦電壓(ya)有效值約有16V（空載(zai)）。經橋式整流(liu)（由4只1N4148高頻開(kai)關二(er)極(ji)管構成）和C5濾波，得到約20V的直流(liu)。作為(wei)充電控制部分(fen)的唯一電源(yuan)。

　由R4,RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的(de)(de)充電(dian)(dian)終止電(dian)(dian)壓）經R12接到運放IC的(de)(de)同相輸(shu)入端(duan)3。當IC2的(de)(de)反相輸(shu)入端(duan)2低于4.15V時（充電(dian)(dian)過程中(zhong)），IC3輸(shu)出(chu)的(de)(de)高電(dian)(dian)位一方(fang)面使Q4飽和(he)從而(er)在LED2兩端(duan)得到約2V的(de)(de)穩定電(dian)(dian)壓（LED的(de)(de)正(zheng)向導通具有(you)穩壓特性），Q5與R6、R7便據(ju)此構成恒流電(dian)(dian)路I0=2-0.7R6+R7。另一方(fang)面R5使Q3截止，LED3不亮。

圖3無線(xian)電能接收器電路圖

　　當電池充(chong)滿(man)（略(lve)大于4.15V）時(shi)，IC3的反(fan)相輸入端2略(lve)高(gao)于4.15V。運(yun)(yun)放便輸出(chu)低電位，此時(shi)Q4截止(zhi)，恒流管Q5因完全得(de)不(bu)到偏流而截止(zhi)，因而停止(zhi)充(chong)電。同時(shi)運(yun)(yun)放輸出(chu)的低電位經R8使Q3導通(tong)，點亮LED3作為充(chong)滿(man)狀(zhuang)態指示。

　　兩種充(chong)電(dian)模式由(you)R6、R7決定。這個(ge)非序列(lie)值(zhi)可以在E24序列(lie)電(dian)阻(zu)的(de)標稱(cheng)值(zhi)為918的(de)電(dian)阻(zu)中找到，就(jiu)用918的(de)也行。

　　如果作為產品設(she)計，這部分電(dian)路應當盡可(ke)能微型化（電(dian)流表(biao)電(dian)壓表(biao)只是(shi)在(zai)實驗品中調(diao)試時用，產品中不需(xu)要），最(zui)好成為電(dian)池(chi)的(de)附屬(shu)電(dian)路。

　　3 主要元(yuan)器件選擇

　　電(dian)源變壓器(qi)T15VA18V,這里利用現有的雙18V的，經整流(liu)濾波(bo)后(hou)得到(dao)約24V的直(zhi)流(liu)。

　　繼(ji)電器(qi)J）））DC24V,經測量其可(ke)靠吸合(he)電流為(wei)13mA。

　　保險管FUSE）））快(kuai)速反應的1A。

　　可調電(dian)阻RP1和RP2）））用精密(mi)可調的。

　　諧振電容C8）））瓷介電容耐壓不小于63V。

　　整(zheng)流(liu)橋(qiao)D5-D8）））用高頻開關管1N4148。

　　精密電壓源）））TL431。

　　運放(fang)IC3）））OPA335,TI公司的軌對軌精密單(dan)運放(fang)。

　　晶體(ti)管(guan)Q3、Q4和Q5）））要求漏電流小于0.1uA,放大倍數大于200,圖中已標型號。

　　發光管LED2）））普亮(liang)（紅），正向VA特性盡(jin)可(ke)能陡直（動態(tai)電阻小，穩壓特性好）。

　　發送線圈L1）））用U1mm的(de)(de)漆包線在U66mm的(de)(de)圓(yuan)柱體（易拉罐正好(hao)）上密繞20匝(za)，用502膠適當粘接，脫胎成(cheng)桶形線圈。

　　接收線圈(quan)L2）））用U0.4mm的(de)漆包線在同(tong)樣(yang)的(de)圓柱(zhu)體上密(mi)繞20匝，脫胎(tai)后整理成密(mi)圈(quan)形(xing)然后粘接固定。這(zhe)是為了(le)使接收單(dan)元(yuan)盡可能薄(bo)型化(hua)。

　　4 調試要點

　　在發送單元的FUSE1回路上串入(ru)電流(liu)表，以保持監測。按以下順(shun)序調試。

　　4.1 調(diao)工作(zuo)頻率

　　調(diao)PR1使F1-F2產生的方波頻率(lv)與C8L1的諧(xie)振頻率(lv)一致(zhi)。此時電(dian)(dian)流表的讀數最(zui)小，接收(shou)線圈L2所得的感應電(dian)(dian)壓最(zui)大，暫不接被充(chong)電(dian)(dian)池BT2.。