無線電力傳輸 (WPT) 應用涉及在無物理連接的情況下將電力從電源傳輸到負載。此類應用通常采用電感耦合等技術，通過電磁場來傳輸電力。本文將討論在 WPT 應用中，電源對于確保高效、安全的電力傳輸所發揮的關鍵作用。

WPT 在眾多應用領域都是一個熱門選擇。它已廣泛應用于從智能手機到電動牙刷等的消費電子領域。此外，在醫療領域，WPT 在為心臟起搏器和胰島素泵等植入式設備供電方面發揮著至關重要的作用。在工業領域，WPT 技術已集成到電動工具、自動導引車 (AGV) 等產品中，為該領域帶來了益處。

圖 1：感應式 WPT 設計中的主要元件

WPT設計需要一個發射線圈和一個接收線圈，如圖 1 所示。電力通過發射器和接收器之間的磁場進行無線傳輸。

在發射端，直流輸入電源通常饋入半橋或全橋拓撲結構，從而為直流到交流電源逆變器供電。逆變器利用 LC 串聯諧振腔產生交變磁場，向接收器傳輸電力。在接收端，串聯諧振元件將接收到的磁場轉換為電流，再通過高功率整流器將交流電流轉換為直流電壓。輸出穩壓器用于向負載提供穩定的直流電壓。

根據應用和電力耦合類型的不同，線圈配置也存在較大差異；通常使用諧振和非諧振電感耦合。

消費電子領域應用的 WPT 技術應符合感應充電的相關行業標準。無線充電聯盟 (WPC) 推出的 Qi（發音為“chee”）系統十分高效，但要求發射線圈和接收線圈的位置對準。其競爭對手 AirFuel 聯盟采用磁共振電力傳輸技術，其調諧線圈對錯位不太敏感，且支持長達數米的長距離傳輸。

Qi 和 AirFuel 系統之間還存在其他顯著差異。例如，Qi 無線充電標準對于低功率應用 (5 W) 的頻率范圍為 110–205 kHz，對于中等功率應用（最高 120 W）的頻率范圍為 80–300 kHz。AirFuel 標準則使用更高的 6.78 MHz 頻率。

發射線圈和接收線圈的設計、距離和對準對 WPT 設計的效率至關重要。在電動牙刷等最簡單的低功率 WPT 應用中，發射線圈和接收線圈的相對位置受到嚴格控制，但在更高功率的系統中，情況則大相徑庭。

圖 2：線圈錯位及其對感應充電WPT (Qi) 系統效率的影響

圖 2 顯示了發射線圈和接收線圈之間的各種錯位對效率的影響。

無線電力傳輸應用對電源的主要要求

穩定性和精確度

電源必須提供穩定且精確的輸出電壓或電流，以確保電力傳輸的一致性和高效率。如果出現波動，可能會影響無線電力傳輸系統的效率和可靠性。

對不同負載的適應性

WPT 系統可能需要處理不同的負載，特別是在多個設備同時進行無線充電的情況下，電源應該能夠適應這些負載變化，以保持最佳性能。

效率和功率因數

效率對 WPT 應用至關重要，如果能達到高效率，則可最大限度地降低電力傳輸過程中的能量損耗。高效率電源有助于盡可能提升無線電力傳輸系統的整體性能。

安全考慮

為了安全起見，WPT 系統通常需要在電源與無線電力傳輸元件之間進行隔離。電源經過隔離后，可以防止出現電氣危險，確保符合安全標準。

異物檢測 (FOD)

硬幣、鑰匙或釘子等金屬物體可能無意中位于 WPT 系統產生的磁場附近，從而構成安全隱患并影響 WPT 系統的電氣特性。強磁場還可能對位于發射器和接收器之間的生物體產生不良反應。識別這類非預期物體并避免向其傳輸電力的過程稱為異物檢測 (FOD)。FOD 通常通過計算接收器接收到的功率值并將其傳回發射器來完成。應用校正因數后，如果兩個功率值不匹配，則認為是由于異物吸收一部分功率而導致的，同時這種不匹配會導致系統關閉。

溫度監控和過溫保護

電源應包含溫度監控機制和過溫保護 (OTP)，尤其是在無線充電板或無線充電模塊中。標配保護功能還應包括短路保護 (SCP) 和過電壓保護 (OVP)。

頻率匹配

在基于諧振電感耦合的 WPT 系統中，電源頻率必須與系統的諧振頻率相匹配，才能實現高效的電力傳輸。頻率匹配可增強 WPT 的整體性能。

通信控制

WPT 系統通常使用通信接口在發射器和接收器之間交換信息，例如負載要求或系統狀態等。這有助于實現智能電源管理和控制。Qi 接收器使用幅移鍵控(ASK) 來發送所需的功率水平和完成 FOD 檢測；Qi 發射器則使用頻移鍵控 (FSK)。符合 AirFuel 標準的諧振 WPT 系統使用的協議基于一種廣泛使用的藍牙低能耗 (BLE) 標準。

電磁兼容 (EMC)

電源應符合電磁兼容性標準，防止對其他電子設備造成干擾，并確保整個 WPT 系統的可靠性。

適用于無線電力傳輸應用的產品

如前文所述，用于 WPT 的理想電源應能針對線路和負載變化進行良好調節，同時具備高效性、隔離特性和保護功能（SCP、OVP 和 OTP），并滿足相關的 EMC 要求。

RECOM 可提供多種滿足此類要求的 AC/DC 電源。 例如，RACM600-L 系列可以提供 450 W 的連續功率（峰值功率高達800 W），并具備 PMBus 接口。 RACM1200-V 可提供高達 1000 W 的無風扇功率和 1200 W 的升壓功率（最長持續 10 秒），同樣具備 PMBus 接口選項。還可提供定制版本。

結 論

無線電力傳輸應用中的電源需要同時滿足穩定性、高效性、安全性和兼容性等要求，確保在從消費電子產品到工業應用等各種場景中實現無縫可靠的電力傳輸。WPT 電源的設計考慮因素對于推動無線充電技術的應用至關重要。

無線電力傳輸技術發展迅速，對于想要詳細了解這一領域的人員，RECOM 提供了一些寶貴的培訓材料。我們的 AC/DC 知識手冊詳細介紹了適用于 WPT 的基本物理知識和實用設計技術。 此外，RECOM 設計工程師也可隨時提供支持，與用戶探討定制設計項目。