引言

電池給多種行業的許多不同應用供電。在很多這類應用中，難以使用或根本不能使用充電連接器。例如，有些產品需要密封外殼來保護敏感電子組件免受嚴酷環境的影響，或允許便利的清潔或消毒。另一些產品也許太小了，容納不下連接器。另外，在電池供電應用包括移動或旋轉部件時，就請徹底忘記用導線充電這回事吧。無線充電在這些以及其他一些應用中很有價值，增強了可靠性和堅固性。

無線電源系統概述

如圖 1 所示，無線電源系統由兩部分組成，即發送電路和接收電路，中間有一道間隙。發送電路包括一個發送線圈，接收電路包括一個接收線圈。發送電路圍繞發送線圈產生一個高頻交變磁場。該磁場耦合至接收線圈，并轉換為電能，可用這部分電能給電池充電，或給其他電路供電。

圖 1: 無線電池充電器系統概述

當設計一個無線電源充電系統時，關鍵參數是給電池增加能量的實際充電功率。所接收功率的大小取決于很多因素，包括發送功率的大小、距離和發送線圈與接收線圈的擺放 (也稱為線圈之間的耦合)，以及發送和接收組件的容限。

任何無線電源設計的主要目標都是，確保在功率傳送條件最差的情況下提供所需功率。然而，同樣重要的是，在最好條件下，要避免接收器的熱量和電氣過應力。當輸出功率要求很低時，例如，當電池充滿電或接近滿充電時，這一點尤其重要。在這類情況下，來自無線系統的可用功率很高，但是所需功率很低。這種多余的功率一般導致高整流電壓，或者需要消耗這種多余的功率，使其變成熱量。

當接收器所需功率較低時，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電壓抑制器箝位整流電壓。不過，這種解決方案一般尺寸較大，產生的熱量也相當大。假定沒有來自接收器的反饋，那么可以降低發送器最大功率，但是這或者會限制可用接收功率，或者會縮短發送距離。還可以將接收功率信息發送回發送器，以實時調節發送功率。無線充電聯盟 (Wireless Power Consortium) Qi 標準等無線功率標準采用了這種方法。不過，還可以用緊湊和高效率的解決方案解決這類問題，而不必訴諸復雜的數字通信方法。

為了在所有情況下高效地管理從發送器到接收器的功率傳送，LTC4120 無線功率接收器集成了 PowerbyProxi 的專利技術，PowerbyProxi 是凌力爾特的合作伙伴。PowerbyProxi 已獲得專利的動態協調控制 (DHC) 技術可高效率實現非接觸式充電，而且在接收器中不會出現熱量或電氣過應力的問題。采用這種技術，在長達 1.2cm 的距離上可傳送高達 2W 的功率。

通過將接收器的諧振頻率從“調諧”狀態調節到“失諧”狀態，DHC 確保在最差情況下也能提供所需功率，而且不必擔心在未加載的最好情況下出現問題。這使基于 LTC4120 的無線充電系統能夠在很長的距離和具有明顯的線圈錯位情況下傳送功率。此外，僅通過在接收器端控制功率傳送，基于 LTC4120 的系統消除了所有潛在的通信干擾問題，這類干擾如果存在，有可能中斷功率傳送。

系統性能

那么基于 LTC4120 的系統的工作效果有多好呢? 圖 2 顯示了隨著發送線圈和接收線圈之間的距離以及中心至中心對準度的變化，通過一個 LTC4120 無線功率接收器接收的電池充電功率。在距離為 10mm 時，可獲得 2W 的充電功率，而且線圈之間的錯位可以很大而不會導致可用功率顯著下降。盡管有許多不同的無線功率發送器可用，但是圖 2 所示數據是由基本 DC-AC 發送器產生的。這種基本發送器是一種開源基準設計。如需有關這一電流饋送型推拉式發送器的更多信息，可登陸凌力爾特公司的網站，查看相關應用指南。

圖 2: 發送距離 – 接收功率分析

選擇發送器時，有幾個因素需要考慮。發送器備用功率 (當接收器不存在時) 重要嗎? 發送器需要區分有效接收器和無關的金屬異物嗎? 周邊電路對 EMI 的敏感度高嗎?

基本發送器是一種簡單、低價的解決方案。由于采用了無源諧振濾波，所以 EMI 頻譜在發送器基頻 (約 130kHz) 處得到了很好的控制。然而，無論基于 LTC4120 的接收器是否存在，該發送器都發送全功率，因此其備用功率相對較高。該發送器也不區分 LTC4120 和金屬異物，因此無關金屬物體可能因感應渦流而發熱。