無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)技術用于(yu)通(tong)信，已經在全世界(jie)流行(xing)了近一百年。從當初(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)廣播和(he)無(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)報，發(fa)展到(dao)現在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)衛(wei)星和(he)微(wei)波通(tong)信，以及普及到(dao)全球幾乎(hu)每一個個人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)移(yi)(yi)動通(tong)信、無(wu)線(xian)(xian)(xian)網絡、GPS等。無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信極大地改變了人們(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)和(he)生活方式，沒(mei)有無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信，信息(xi)(xi)化社會的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目標是(shi)不(bu)可議(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。然而(er)，無(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)信傳送(song)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)都是(shi)微(wei)弱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信息(xi)(xi)0,而(er)不(bu)是(shi)功(gong)率較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)/能量(liang)0。因此(ci)許多使用極為方便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)便(bian)攜式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)移(yi)(yi)動產(chan)(chan)品(pin)，都要不(bu)定期(qi)地連接(jie)電(dian)(dian)網進行(xing)充電(dian)(dian)，也(ye)因此(ci)不(bu)得不(bu)留下各種插口和(he)連接(jie)電(dian)(dian)纜(lan)。這就很難實現具有防水性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)密封工藝，而(er)且這種個性(xing)化0的(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)(xian)(xian)纜(lan)使得不(bu)同產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)充電(dian)(dian)器很難通(tong)用。如(ru)果徹底(di)去掉這些尾巴0,移(yi)(yi)動終端設備就可以獲得真(zhen)正的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由0。也(ye)易于(yu)實現密封和(he)防水。這個目標必須(xu)要求能量(liang)也(ye)像信息(xi)(xi)0一樣實現無(wu)線(xian)(xian)(xian)傳輸。

　　能量(liang)的(de)傳(chuan)送和信號的(de)傳(chuan)輸要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)顯然(ran)不(bu)同，后者要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)其內容的(de)完整和真實，不(bu)太要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)效(xiao)率(lv)(lv)，而前者要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)的(de)是功率(lv)(lv)和效(xiao)率(lv)(lv)。雖(sui)然(ran)能量(liang)的(de)無線傳(chuan)送的(de)想(xiang)法早已有之，但因為一直(zhi)無法突破效(xiao)率(lv)(lv)這個瓶(ping)頸(jing)，使它(ta)一直(zhi)不(bu)能進入實用領(ling)域。

　　目(mu)前(qian)，這個瓶頸(jing)仍(reng)然沒(mei)有實質性的(de)(de)突破。但是如(ru)果對傳(chuan)輸距離沒(mei)有嚴(yan)格要求（不跟無(wu)線通信(xin)比(bi)），比(bi)如(ru)在數(shu)cm（本(ben)文稱微距0）的(de)(de)范(fan)圍內，其傳(chuan)輸效率(lv)就很(hen)容(rong)易提高到滿意的(de)(de)程度。如(ru)果能用比(bi)較簡單的(de)(de)設備實現微距條件下(xia)的(de)(de)無(wu)線傳(chuan)能，并(bing)形(xing)成(cheng)商業化的(de)(de)推廣應用，當今社(she)會隨處(chu)可見(jian)的(de)(de)移(yi)動電子(zi)設備將有可能面臨一次新(xin)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)，然后通過(guo)沒有(you)任何有(you)有(you)線(xian)(xian)連接的原、副線(xian)(xian)圈之(zhi)間的互感(gan)耦合實現電(dian)能的無線(xian)(xian)饋(kui)送。基本方案如圖1所(suo)示。

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

　　2.1 電能發送部分

　　如圖2,無線電(dian)能發送單元的供電(dian)電(dian)源有兩種：

　　220V交流(liu)和24V直流(liu)（如汽車(che)電(dian)源(yuan)），由繼電(dian)器(qi)J選擇。按照交流(liu)優(you)先的原則(ze)，圖中繼電(dian)器(qi)J的常(chang)閉(bi)觸點(dian)與直流(liu)（電(dian)池BT1）連接。正常(chang)情(qing)況下S3處于接通狀(zhuang)態。

圖2無線電(dian)能(neng)發送(song)單元電(dian)路圖

　　當有交(jiao)流供電(dian)時(shi)，整流濾波(bo)后的約26V直(zhi)(zhi)流使繼電(dian)器(qi)J吸合，發(fa)送(song)(song)電(dian)路(lu)單元便(bian)工作于交(jiao)流供電(dian)方式，此時(shi)直(zhi)(zhi)流電(dian)源BT1與電(dian)能發(fa)送(song)(song)電(dian)路(lu)斷開，同時(shi)LED1（綠色）發(fa)光顯示這(zhe)一(yi)狀態。

　　經繼(ji)電(dian)器J選擇(ze)的(de)+24V直(zhi)流(liu)電(dian)主要為發射線圈(quan)L1供電(dian)，此外，經IC1（78L12）降壓后為集成電(dian)路IC2供電(dian)，為保證J的(de)動作(zuo)不(bu)影響(xiang)發送電(dian)路的(de)穩(wen)定(ding)工作(zuo)，電(dian)容C3的(de)容量不(bu)得小于2200uF。

　　電(dian)能(neng)(neng)的(de)無(wu)線傳(chuan)送實際上(shang)是通過(guo)發(fa)射線圈(quan)L1和接(jie)收線圈(quan)L2的(de)互(hu)感作(zuo)用(yong)實現的(de)，這里(li)L1與L2構成(cheng)一(yi)個無(wu)磁芯的(de)變壓器(qi)的(de)原、副線圈(quan)。為保證足夠的(de)功率和盡(jin)可能(neng)(neng)高的(de)效(xiao)率，應選擇較高的(de)調(diao)制頻(pin)率，同時(shi)要考慮到器(qi)件的(de)高頻(pin)特性，經(jing)實驗選擇1.6MHz較為合適。

　　IC1為CMOS六非(fei)門(men)CD4069,這里只用了三個非(fei)門(men)，由F1,F2構成方波(bo)振(zhen)蕩器，產(chan)生約1.6MHz的(de)方波(bo)，經F3緩沖并(bing)整形，得到幅度約11V的(de)方波(bo)來(lai)激(ji)勵(li)VMOS功放管IRF640.足(zu)以使其工作在開(kai)關狀(zhuang)態(tai)（丁類），以保證盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)轉換效(xiao)率。為保證它與L1C8回路的(de)諧振(zhen)頻(pin)率一致。可(ke)將C4定為100pF,R1待調。為此將R1暫定為3K,并(bing)串入可(ke)調電阻RP1。在諧振(zhen)狀(zhuang)態(tai)，盡(jin)管激(ji)勵(li)是方波(bo)，但L1中的(de)電壓是同頻(pin)正弦(xian)波(bo)。

　　由此(ci)可見，這一部分實際上(shang)是個(ge)變(bian)頻器，它將50Hz的(de)正(zheng)弦轉變(bian)成1.6MHz的(de)正(zheng)弦。

　　2.2 電能接收與充電控制部分

　　正常情況下，接收線(xian)圈L2與發射(she)線(xian)圈L1相距不過幾cm,且接近同軸，此時可(ke)獲得較高(gao)的傳(chuan)輸效率。

　　電(dian)能接收與(yu)充電(dian)控制(zhi)電(dian)路單元的原理如圖(tu)3所(suo)示。

　　L2感應得到的(de)(de)1.6MHz的(de)(de)正弦電壓(ya)有效值(zhi)約(yue)有16V（空載）。經(jing)橋式整流（由4只1N4148高頻開(kai)關二極管構(gou)成）和(he)C5濾(lv)波，得到約(yue)20V的(de)(de)直流。作為充電控制部分的(de)(de)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(chong)電(dian)終止電(dian)壓(ya)(ya)）經R12接到運放IC的(de)(de)同相輸入端3。當IC2的(de)(de)反(fan)相輸入端2低于4.15V時（充(chong)電(dian)過程中），IC3輸出(chu)的(de)(de)高電(dian)位一(yi)方(fang)面使Q4飽和從而在LED2兩端得(de)到約2V的(de)(de)穩(wen)(wen)定電(dian)壓(ya)(ya)（LED的(de)(de)正向導通具有(you)穩(wen)(wen)壓(ya)(ya)特性），Q5與(yu)R6、R7便(bian)據(ju)此構成(cheng)恒流電(dian)路(lu)I0=2-0.7R6+R7。另(ling)一(yi)方(fang)面R5使Q3截止，LED3不亮(liang)。

圖3無線電(dian)能接收器電(dian)路(lu)圖

　　當電(dian)(dian)池充滿（略大(da)于4.15V）時，IC3的反相輸入端2略高(gao)于4.15V。運放(fang)便輸出低電(dian)(dian)位(wei)，此時Q4截止，恒流管Q5因(yin)完全得不到偏流而截止，因(yin)而停止充電(dian)(dian)。同時運放(fang)輸出的低電(dian)(dian)位(wei)經(jing)R8使Q3導通，點亮LED3作為充滿狀態指示。

　　兩種(zhong)充電(dian)(dian)模式由R6、R7決定。這(zhe)個非(fei)序(xu)列值可以在E24序(xu)列電(dian)(dian)阻的(de)標稱值為918的(de)電(dian)(dian)阻中找到(dao)，就(jiu)用(yong)918的(de)也行。

　　如果(guo)作為產(chan)品設計，這部分電路(lu)應(ying)當盡可能微型化（電流(liu)表(biao)電壓表(biao)只是(shi)在實驗品中調(diao)試時用，產(chan)品中不(bu)需(xu)要），最好成(cheng)為電池的附(fu)屬電路(lu)。

　　3 主要(yao)元器件選擇

　　電源(yuan)變壓器T15VA18V,這里利用現有的(de)(de)雙18V的(de)(de)，經整(zheng)流(liu)濾(lv)波后得到約24V的(de)(de)直流(liu)。

　　繼(ji)電器J）））DC24V,經測量其可靠吸(xi)合電流(liu)為13mA。

　　保險(xian)管(guan)FUSE）））快速反(fan)應的1A。

　　可調電阻(zu)RP1和RP2）））用精(jing)密可調的。

　　諧振電容C8）））瓷介電容耐壓(ya)不(bu)小(xiao)于(yu)63V。

　　整(zheng)流橋D5-D8）））用高頻開關(guan)管1N4148。

　　精密電壓源(yuan)）））TL431。

　　運放IC3）））OPA335,TI公司的軌(gui)對軌(gui)精密(mi)單運放。

　　晶體(ti)管Q3、Q4和Q5）））要求漏(lou)電(dian)流小于0.1uA,放(fang)大倍(bei)數大于200,圖中(zhong)已標(biao)型號(hao)。

　　發光管LED2）））普亮（紅），正向VA特性(xing)盡可能陡(dou)直（動(dong)態電阻小，穩壓特性(xing)好(hao)）。

　　發送線(xian)圈L1）））用U1mm的漆包線(xian)在U66mm的圓柱體（易拉罐正好）上(shang)密繞20匝，用502膠適(shi)當粘接，脫胎成桶(tong)形線(xian)圈。

　　接(jie)收(shou)(shou)線(xian)圈L2）））用U0.4mm的漆包線(xian)在同(tong)樣的圓柱體上密(mi)(mi)繞(rao)20匝，脫胎后整(zheng)理(li)成密(mi)(mi)圈形然后粘接(jie)固定。這是(shi)為(wei)了(le)使接(jie)收(shou)(shou)單元盡可(ke)能薄型化。

　　4 調試要點

　　在(zai)發送單元的FUSE1回路上串入電流(liu)表，以(yi)保持(chi)監測。按以(yi)下順(shun)序調試。

　　4.1 調(diao)工作(zuo)頻率

　　調PR1使(shi)F1-F2產生的(de)方(fang)波頻率與C8L1的(de)諧振頻率一致。此時電(dian)流表的(de)讀數最小，接收線圈L2所得的(de)感應(ying)電(dian)壓(ya)最大(da)，暫不接被充(chong)電(dian)池BT2.。