無(wu)線(xian)電技(ji)術用于通信(xin)(xin)，已經(jing)在(zai)全世(shi)界流行了近一(yi)百(bai)年(nian)。從當初的(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電廣播和無(wu)線(xian)電報，發(fa)展(zhan)到現(xian)(xian)在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)衛(wei)星和微波通信(xin)(xin)，以及普及到全球幾乎(hu)每一(yi)個個人的(de)(de)(de)(de)(de)移(yi)(yi)動(dong)通信(xin)(xin)、無(wu)線(xian)網絡、GPS等。無(wu)線(xian)通信(xin)(xin)極大地改變了人們的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)和生活方式(shi)，沒有無(wu)線(xian)通信(xin)(xin)，信(xin)(xin)息(xi)化社會的(de)(de)(de)(de)(de)目標(biao)是不可議的(de)(de)(de)(de)(de)。然而，無(wu)線(xian)通信(xin)(xin)傳送的(de)(de)(de)(de)(de)都(dou)是微弱的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)0,而不是功率(lv)較大的(de)(de)(de)(de)(de)/能(neng)量0。因(yin)此許多使用極為方便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)便(bian)攜式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)移(yi)(yi)動(dong)產(chan)品，都(dou)要不定期(qi)地連接(jie)電網進(jin)行充電，也(ye)因(yin)此不得(de)不留下各種插口和連接(jie)電纜(lan)。這就很(hen)難(nan)實現(xian)(xian)具有防水(shui)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)密封工藝(yi)，而且這種個性化0的(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)纜(lan)使得(de)不同產(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)充電器很(hen)難(nan)通用。如果徹底去(qu)掉這些(xie)尾巴0,移(yi)(yi)動(dong)終端設備(bei)就可以獲(huo)得(de)真正的(de)(de)(de)(de)(de)自由(you)0。也(ye)易(yi)于實現(xian)(xian)密封和防水(shui)。這個目標(biao)必須要求能(neng)量也(ye)像信(xin)(xin)息(xi)0一(yi)樣實現(xian)(xian)無(wu)線(xian)傳輸。

　　能量的傳送和信號的傳輸要(yao)求(qiu)(qiu)顯然(ran)不(bu)同，后者(zhe)要(yao)求(qiu)(qiu)其內容的完整和真(zhen)實，不(bu)太(tai)要(yao)求(qiu)(qiu)效率(lv)(lv)，而前者(zhe)要(yao)求(qiu)(qiu)的是功率(lv)(lv)和效率(lv)(lv)。雖然(ran)能量的無(wu)(wu)線傳送的想法早已有之，但因(yin)為一(yi)直(zhi)無(wu)(wu)法突破效率(lv)(lv)這個(ge)瓶(ping)頸，使(shi)它一(yi)直(zhi)不(bu)能進(jin)入(ru)實用領域。

　　目前(qian)，這個瓶(ping)頸(jing)仍(reng)然沒有(you)實(shi)質性的(de)(de)突破。但是如果對傳輸(shu)距(ju)離沒有(you)嚴(yan)格要(yao)求（不跟(gen)無線(xian)通信(xin)比(bi)），比(bi)如在數cm（本文稱微距(ju)0）的(de)(de)范(fan)圍內，其傳輸(shu)效率就很容易提高(gao)到滿意的(de)(de)程度。如果能(neng)用(yong)比(bi)較簡單(dan)的(de)(de)設備(bei)實(shi)現微距(ju)條件下的(de)(de)無線(xian)傳能(neng)，并形成商業化(hua)的(de)(de)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)，當今(jin)社會隨(sui)處可見的(de)(de)移動電子設備(bei)將有(you)可能(neng)面臨一次新的(de)(de)變革(ge)。

　　2 工作原理

　　將直流電轉換成高(gao)頻交流電，然后通過沒有任何有有線連(lian)接的原、副線圈之間的互感耦合(he)實現電能的無線饋送(song)。基本(ben)方案如圖1所示。

　　本無線充電器0由電(dian)能發送電(dian)路(lu)(lu)和(he)電(dian)能接收(shou)與充電(dian)控制電(dian)路(lu)(lu)兩部分構成(cheng)。

　　2.1 電(dian)能發(fa)送部分

　　如(ru)圖2,無(wu)線電(dian)能發送單(dan)元的(de)供電(dian)電(dian)源有兩種：

　　220V交(jiao)流和24V直流（如汽車(che)電源），由(you)繼(ji)電器J選擇。按照交(jiao)流優先的(de)原則，圖中繼(ji)電器J的(de)常閉(bi)觸點與直流（電池BT1）連(lian)接。正常情況下S3處于接通狀態。

圖2無(wu)線電能發送(song)單元電路圖

　　當有交流(liu)供電(dian)時(shi)，整流(liu)濾波后的約26V直流(liu)使繼電(dian)器(qi)J吸合，發(fa)送(song)電(dian)路(lu)單元便工作于交流(liu)供電(dian)方式，此(ci)時(shi)直流(liu)電(dian)源(yuan)BT1與電(dian)能(neng)發(fa)送(song)電(dian)路(lu)斷開，同時(shi)LED1（綠色）發(fa)光顯示這一狀態(tai)。

　　經(jing)繼電(dian)(dian)器J選(xuan)擇的(de)(de)+24V直(zhi)流電(dian)(dian)主要(yao)為發(fa)射線圈L1供電(dian)(dian)，此(ci)外，經(jing)IC1（78L12）降壓后為集(ji)成電(dian)(dian)路IC2供電(dian)(dian)，為保(bao)證J的(de)(de)動(dong)作不(bu)影響發(fa)送電(dian)(dian)路的(de)(de)穩定工作，電(dian)(dian)容(rong)C3的(de)(de)容(rong)量不(bu)得小于2200uF。

　　電能的無線(xian)傳送實際(ji)上是通過發射線(xian)圈L1和(he)接收線(xian)圈L2的互感作用實現的，這里L1與L2構成一個無磁(ci)芯的變壓器(qi)的原、副線(xian)圈。為保證足夠(gou)的功率和(he)盡可能高的效率，應選擇較(jiao)高的調制頻率，同時要考慮到器(qi)件(jian)的高頻特性(xing)，經(jing)實驗選擇1.6MHz較(jiao)為合適。

　　IC1為CMOS六(liu)非門CD4069,這里只用了(le)三(san)個非門，由F1,F2構成方(fang)波(bo)(bo)振蕩器，產生約(yue)(yue)1.6MHz的(de)(de)方(fang)波(bo)(bo)，經F3緩沖(chong)并(bing)整(zheng)形(xing)，得到幅度約(yue)(yue)11V的(de)(de)方(fang)波(bo)(bo)來激(ji)勵VMOS功放管IRF640.足以使其工作在(zai)開關(guan)狀(zhuang)(zhuang)態（丁類），以保證(zheng)盡(jin)可能高的(de)(de)轉換效率(lv)。為保證(zheng)它與(yu)L1C8回路的(de)(de)諧振頻率(lv)一致。可將C4定為100pF,R1待調。為此將R1暫定為3K,并(bing)串(chuan)入(ru)可調電阻RP1。在(zai)諧振狀(zhuang)(zhuang)態，盡(jin)管激(ji)勵是(shi)方(fang)波(bo)(bo)，但L1中的(de)(de)電壓是(shi)同頻正弦波(bo)(bo)。

　　由此可見，這一(yi)部(bu)分(fen)實(shi)際上是個變頻器，它將50Hz的正弦轉變成1.6MHz的正弦。

　　2.2 電能接收與充電控制部(bu)分

　　正(zheng)常情況下，接(jie)(jie)收線(xian)(xian)圈(quan)L2與發(fa)射線(xian)(xian)圈(quan)L1相距不(bu)過幾cm,且接(jie)(jie)近(jin)同軸，此時可獲(huo)得較高的傳輸效率。

　　電(dian)能(neng)接收與充電(dian)控制電(dian)路單元的(de)原(yuan)理(li)如(ru)圖3所示(shi)。

　　L2感(gan)應得(de)(de)到(dao)的1.6MHz的正弦電壓有效值約(yue)有16V（空(kong)載）。經(jing)橋式整流（由4只1N4148高頻開關二(er)極管構成）和C5濾波，得(de)(de)到(dao)約(yue)20V的直流。作(zuo)為(wei)充電控制部分(fen)的唯(wei)一(yi)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)終止電(dian)壓）經R12接到運(yun)放IC的(de)同相輸(shu)(shu)入端(duan)(duan)3。當(dang)IC2的(de)反相輸(shu)(shu)入端(duan)(duan)2低于(yu)4.15V時（充電(dian)過程中），IC3輸(shu)(shu)出的(de)高電(dian)位(wei)一方(fang)面使Q4飽和從而在LED2兩(liang)端(duan)(duan)得到約2V的(de)穩定電(dian)壓（LED的(de)正向(xiang)導(dao)通具(ju)有穩壓特性），Q5與R6、R7便據此(ci)構成恒(heng)流電(dian)路I0=2-0.7R6+R7。另一方(fang)面R5使Q3截(jie)止，LED3不亮。

圖3無線電能接收器(qi)電路圖

　　當電(dian)池充滿(man)（略(lve)大于4.15V）時(shi)，IC3的反相輸(shu)入端2略(lve)高于4.15V。運(yun)放(fang)便輸(shu)出(chu)低電(dian)位，此(ci)時(shi)Q4截止，恒流(liu)管Q5因完(wan)全(quan)得不到偏流(liu)而(er)截止，因而(er)停止充電(dian)。同時(shi)運(yun)放(fang)輸(shu)出(chu)的低電(dian)位經R8使Q3導通，點亮LED3作為(wei)充滿(man)狀態(tai)指示(shi)。

　　兩種(zhong)充電(dian)模式由R6、R7決定(ding)。這個(ge)非序列(lie)值可以在E24序列(lie)電(dian)阻的標稱(cheng)值為(wei)918的電(dian)阻中找到(dao)，就(jiu)用918的也行。

　　如果作為產品(pin)(pin)設計(ji)，這部分(fen)電(dian)路應(ying)當盡可能微型化（電(dian)流表(biao)(biao)電(dian)壓表(biao)(biao)只是在實驗品(pin)(pin)中(zhong)調(diao)試時用，產品(pin)(pin)中(zhong)不需要），最好(hao)成為電(dian)池的附屬電(dian)路。

　　3 主要元器(qi)件選(xuan)擇

　　電源變(bian)壓器T15VA18V,這(zhe)里(li)利用現(xian)有的(de)雙(shuang)18V的(de)，經整流(liu)濾波后得到約24V的(de)直流(liu)。

　　繼電(dian)器(qi)J）））DC24V,經測量其可靠吸合電(dian)流為13mA。

　　保險管FUSE）））快速反應的1A。

　　可(ke)調(diao)(diao)電(dian)阻RP1和RP2）））用精密可(ke)調(diao)(diao)的。

　　諧振電容C8）））瓷介電容耐壓不小(xiao)于63V。

　　整流橋D5-D8）））用高頻開關管1N4148。

　　精密(mi)電壓源）））TL431。

　　運(yun)放IC3）））OPA335,TI公司的軌對(dui)軌精密單運(yun)放。

　　晶(jing)體管Q3、Q4和Q5）））要求(qiu)漏電流小于0.1uA,放(fang)大(da)倍數(shu)大(da)于200,圖中已(yi)標(biao)型(xing)號。

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

　　發(fa)送線(xian)圈(quan)L1）））用U1mm的(de)漆包(bao)線(xian)在(zai)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(tong)形線(xian)圈(quan)。

　　接(jie)收(shou)(shou)線圈L2）））用U0.4mm的漆(qi)包線在同樣的圓柱體上(shang)密繞20匝，脫胎后整理成密圈形然后粘(zhan)接(jie)固定。這是為了使(shi)接(jie)收(shou)(shou)單(dan)元(yuan)盡可能薄型化。

　　4 調試要點

　　在發送(song)單元的FUSE1回路(lu)上串(chuan)入電流表，以保持監測。按(an)以下順序(xu)調試(shi)。

　　4.1 調工作頻率

　　調PR1使(shi)F1-F2產生的(de)方(fang)波頻率與(yu)C8L1的(de)諧振頻率一致。此時電(dian)(dian)流表的(de)讀數(shu)最小，接(jie)收線圈L2所得(de)的(de)感應(ying)電(dian)(dian)壓最大(da)，暫不接(jie)被(bei)充電(dian)(dian)池BT2.。