引言

很多產(chǎn)品都用電池作為主電源。當然，我們都了解那些名字以字母i開頭、有水果標識的產(chǎn)品。然而，還有大量不那么光鮮亮麗、但所供應的應用同樣很有價值的產(chǎn)品，它們也使用電池。我在談論的是便攜式醫(yī)療設備、工業(yè)傳感器甚至旋轉(zhuǎn)型或移動型設備。與和緩的消費者環(huán)境不同，這類應用具有更加嚴格的要求，例如要消毒，甚至周圍環(huán)境可能引起爆炸，在煉油廠和化學處理設施中，就常見到這類環(huán)境。

在很多這類應用中，充電時難以或不能使用連接器。例如，有些產(chǎn)品要密封罩，以保護敏感電子組件免受惡劣環(huán)境影響。還有一些產(chǎn)品也許只是太小，無法容納連接器。假如電池供電產(chǎn)品使用時涉及移動或旋轉(zhuǎn)動作，那就幾乎不可能用導線充電。

那么，還有什么方法可用來應對這類環(huán)境?一種顯然的方法是，去掉連接器并供應無線充電。在這類不能使用連接器的應用中，無線充電解決方法新增了價值、可靠性和堅固性。

無線功率傳輸

在這些不能使用連接器的情況下，假如無線充電是一種好的解決方法，那么什么是無線充電?怎么樣實現(xiàn)無線充電?一種簡單直接的含義也許是：無線充電不使用人造導體，從電源向用電負載傳輸電能。

然而，這往往有點兒過于簡化了，無法顯示無線充電過程面對的挑戰(zhàn)。因此，在繼續(xù)探討應對挑戰(zhàn)所受限制和應對方法之前，我想更深入地解釋一下。那么，讓我們從基礎知識開始：通過導體(例如導線)流動的電流攜帶電能。電流經(jīng)過電路(或?qū)Ь€時)，在導體周圍存在磁場。

在交流電流流過的電路中，導線附近存在一個隨時間變化的磁場。假如在這個隨時間變化的磁場中放置一塊導體，那么就會引起電流。

在電子系統(tǒng)中，一種常見的現(xiàn)象是電瞬態(tài)，例如來自外部的雷擊或電容器放電，電容器放電有可能是一種內(nèi)部的重復干擾，例如點火系統(tǒng)的冷凝器放電。

磁場密度與導體中流過的電流之幅度成正比。通過上述含義的磁耦合，能量從出現(xiàn)磁場的導體(主端)傳送給受該磁場影響的任何導體(副端)。在松耦合系統(tǒng)中，耦合系數(shù)很小，高頻電流不能沿導體傳送很長距離，會由于沿電纜的阻抗失配而快速失去能量，這使得能量被反射回最初的來源，或輻射到空氣中。參見圖1，該圖顯示了通過磁場連接的松耦合繞組。應該特別提到的是，這個圖還顯示，該電路使用了LTC4120，本文稍后將更詳細地討論這款器件。

圖1：從主端發(fā)送線圈(Tx)向副端接收線圈(Rx)傳送無線功率，副端包括LTC4120

用無線功率給電池充電

設計無線功率充電系統(tǒng)時，關鍵參數(shù)是實際上用來給電池新增能量之充電功率的大小。這一接收功率取決于很多因素，包括所傳輸功率的大小、發(fā)送線圈和接收線圈之間的距離和對準度(又稱為線圈之間的耦合)以及發(fā)送和接收組件的容限。

任何無線功率充電設計的重要目標都是，在最差的功率傳送條件下，確保供應所需功率。然而，同樣重要的是，在最好的條件下，防止熱壓力和電氣壓力過大。在輸出功率要求很低時，這一點尤其重要。例如，在電池滿充電或接近滿充電且線圈相互靠近時。在這種情況下，無線系統(tǒng)供應的可用功率很大，但是所需功率很小。一般情況下，這種多余的功率會導致很高的整流電壓，或者要以熱量形式消耗這些多余的功率。

在所需接收器功率很小時，有幾種方法應對多余功率問題。可以用功率齊納二極管或瞬態(tài)電壓抑制器箝位整流電壓。然而，這種解決方法尺寸一般很大，出現(xiàn)相當大的熱量。可以降低發(fā)送器功率，但是這么做或者會限制可用接收功率，或者會縮短發(fā)送距離。也可以將所接收的功率送回發(fā)送器，并相應調(diào)節(jié)發(fā)送功率。無線充電聯(lián)盟(WirelesspowerConsortium)Qi標準等無線功率充電標準采用的就是這種方法。不過，還可以用一種緊湊和高效的解決方法來解決這個問題，而無需求助于復雜的數(shù)字通信技術。通過在發(fā)送功率的微小變化通信的方法要求一個最少量的功率傳輸，并可能無法用于發(fā)送距離可變的系統(tǒng)。

一款易于使用、適合無線充電的IC

為了實現(xiàn)這些目標，凌力爾特的LTC4120無線功率接收器和電池充電器集成了powerbyproxi公司開發(fā)的技術，該公司是凌力爾特的技術合作伙伴。powerbyproxi獲得專利的動態(tài)協(xié)調(diào)控制(DynamicHarmonizationControl-DHC)技術實現(xiàn)了高效率非接觸式充電，不會出現(xiàn)接收器熱壓力或電氣壓力過大的問題。運用這種技術，可以在長達1.2cm的距離上傳送高達2W的功率。不過，就單節(jié)鋰離子電池而言，4.2V最高充電電壓和400mA最大充電電流將使這一功率值限制到1.7W。類似地，2W最大功率將使兩節(jié)鋰離子電池(8.4V最高充電電壓)的充電電流限制到240mA。

功率、效率、范圍和尺寸這些參數(shù)決定了系統(tǒng)性能，因此基于LTC4120的無線功率系統(tǒng)被設計為，與幾種可選發(fā)送器之一使用時，通過長達1.2cm的距離，在電池端接收高達2W功率。所用方法和組件不同，效率計算會有很大不同。一般情況下，在基于LTC4120的系統(tǒng)中，關于饋送到發(fā)送器的DC輸入功率，電池將接收其45%至55%。

與其他無線功率充電解決方法相比，嵌入到LTC4120中的powerbyproxi的DHC微調(diào)技術帶來了顯著優(yōu)勢。為了響應環(huán)境和負載變化，DHC動態(tài)地改變接收器上諧振電路的諧振頻率。DHC實現(xiàn)了更高的功率傳送效率、更小的接收器尺寸，該技術甚至允許更大的傳輸范圍。與其他無線功率傳送技術不同，DHC將功率級管理作為感應電場管理的一部分，實現(xiàn)了內(nèi)在功率級管理，從而在電池充電周期中，無需單獨的通信通道來證實接收器的存在或管理負載需求變化。

顯然，DHC解決了所有無線功率系統(tǒng)的基本問題。每個系統(tǒng)都必須設計為，在給定最大發(fā)送距離上，接收一定量的功率。每個系統(tǒng)還必須設計為，在最短發(fā)送距離時，可承受無負載情況而不會損壞。其他同類解決方法用復雜的數(shù)字通信系統(tǒng)解決這一問題，提高了復雜性和成本，限制了功率傳輸距離。基于LTC4120的無線功率充電系統(tǒng)通過采用powerbyproxi的DHC技術就可輕松地解決這一問題。

圖2：LTC4120應用原理圖，說明了一個完整的無線電池充電電路

凌力爾特與powerbyproxi的合作

powerbyproxi自2007年以來，一直致力于為工業(yè)客戶供應無線功率充電解決方法。該公司沒有大量投資開展市場營銷，而是選擇自己開發(fā)和改進技術，然后與凌力爾特等業(yè)界領導者合作，向市場供應其技術和產(chǎn)品。該公司取得了巨大成功，擁有豐富的產(chǎn)品和技術，值得稱道。現(xiàn)在，powerbyproxi作為領先無線功率充電產(chǎn)品公司，已經(jīng)獲得了全球認可。

凌力爾特與powerbyproxi合作的關鍵原因之一是，該公司擁有大量知識產(chǎn)權和解決方法設計相關經(jīng)驗，可為客戶供應業(yè)內(nèi)領先的技術，還可確保其技術得到知識產(chǎn)權的全面支持。powerbyproxi有超過30項專利處于申請中，還有很多處于審查和備案階段，因此成為無線功率領域的領先創(chuàng)新公司和知識產(chǎn)權領導者。

結(jié)論

在給這種i開頭的產(chǎn)品或那種機器人進行無線充電的大眾消費市場以外，還有一類便攜式工業(yè)和醫(yī)療產(chǎn)品市場，在這類產(chǎn)品中，通過長達1cm左右的空氣隙或非鐵氧體材料給這類產(chǎn)品內(nèi)部的電池無線充電是必須具有的要求。直到現(xiàn)在，設計工程師的選擇一直有限，這妨礙了最終產(chǎn)品的成功和可行性。幸運的是，凌力爾特最近推出了LTC4120，因此情況將徹底改變。這一高度集成的IC可以無線接收從一個相距1.2cm的線圈發(fā)送的功率，并給電池充電，因此供應了一種簡單有效的解決方法。它是輕松搞定無線充電的典型──無需連接器!