問題：我的應用沒有電池。是否可以采用無線供電？

答案：當然可以，可使用最初設計用于能量收集的簡單的集成式納安功耗解決方案。

無線功率傳輸(WPT)系統由氣隙分隔的兩部分組成：發射(Tx)電路（包括發射線圈）和接收(Rx)電路（包括接收線圈）（見圖1）。與典型的變壓器系統非常相似，發射線圈中產生的交流電通過磁場感應在接收線圈中生成交流電。然而，與典型的變壓器系統不同的是，原邊（發射端）和副邊（接收端）之間的耦合程度通常很低。這是由于存在非磁性材料（空氣）間隙。

圖1. 無線功率傳輸系統。

目前大多數無線功率傳輸應用都采用無線電池充電器配置。可充電電池位于接收端，只要有發射端，就可對其進行無線充電。充電完成后，將電池與充電器分離，可充電電池即可為終端應用供電。后端負載既可直接連接到電池，也可通過PowerPath?理想二極管間接連接到電池，或連接到充電器IC中集成的電池供電穩壓器的輸出端。在所有三種情況下（見圖2），終端應用既可在充電器上運行，也可脫離充電器運行。

但是，如果特定應用根本沒有電池，取而代之的是，當無線電源可用時，只需提供一個穩壓的電壓軌，那又會如何呢？在遠程傳感器、計量、汽車診斷和醫療診斷領域，此類應用的例子極為常見。例如，如果遠程傳感器無需持續供電，那么它就不需要電池，而使用電池需要定期更換（若是原電池）或充電（若是可充電電池）。如果該遠程傳感器僅需要用戶在其附近時給出讀數，則可按需進行無線供電。

圖2. 無線Rx電池充電器，后端負載連接到a)電池、b)PowerPath理想二極管和c)穩壓器輸出端。

圖3. WPT采用LTC3588-1提供穩定的3.3 V電壓軌。

我們來看LTC3588-1納安功耗能量收集電源解決方案。雖然LTC3588-1最初為傳感器（如壓電、太陽能等）供電的能量收集(EH)應用而設計，但它也可用于無線電源應用。圖3顯示了采用LTC3588-1的完整發射端和接收端WPT解決方案。在發射端，使用基于LTC6992 TimerBlox?硅振蕩器的簡單開環無線發射器。在此設計中，將驅動頻率設置為216 kHz，低于LC諧振電路的諧振頻率266 kHz。fLC_TX與fDRIVE的精確比值最好是憑經驗來確定，旨在最大程度地減小由零電壓開關(ZVS)引起的M1開關損耗。關于發射端線圈選擇和工作頻率的設計考慮，與其他WPT解決方案沒有什么不同，也就是說，在接收端采用LTC3588-1并無任何獨特之處。

在接收端，將LC諧振電路的諧振頻率設置為與216 kHz的驅動頻率相等。鑒于許多EH應用需要進行交流到直流的整流（就像WPT一樣），因此LTC3588-1已經內置了這項功能，允許LC諧振電路直接連接到LTC3588-1的PZ1和PZ2引腳。該整流為寬帶整流：直流到>10 MHz。與LTC4123/LTC4124/LTC4126的VCC 引腳類似，將LTC3588-1的VIN引腳調節至適合為后端輸出供電的電平。對LTC3588-1而言，是遲滯降壓型DC-DC穩壓器的輸出而不是電池充電器的輸出。可通過引腳選擇四種輸出電壓：1.8 V、2.5 V、3.3 V和3.6 V可選，連續輸出電流高達100 mA。只要平均輸出電流不超過100 mA，就可以選擇大小合適的輸出電容來提供較高的短期突發電流。當然，要完全實現100 mA輸出電流能力，還取決于是否具有適當大小的發射端、線圈對以及是否充分耦合。

如果負載需求低于支持的可用無線輸入功率，則VIN電壓會增加。雖然LTC3588-1集成了一個輸入保護分流器，可在VIN電壓上升至20 V時，提供高達25 mA的拉電流，但這個功能并非必需的。隨著VIN電壓上升，接收線圈上的峰值交流電壓也會上升，這相當于可提供給LTC3588-1的交流量下降，而不只是在接收諧振電路中循環。如果在VIN上升至20 V之前就達到了接收線圈的開路電壓(VOC)，則后端電路受到保護，接收端IC中不會產生熱量造成能耗。

測試結果：針對圖3所示氣隙為2 mm的應用，測得在3.3 V下可提供的最大輸出電流為30 mA，而無負載時測得的VIN電壓為9.1 V。當氣隙接近為零時，可提供的最大輸出電流增加至大約90 mA，而無負載時的VIN電壓僅增加至16.2 V，遠低于輸入保護分流電壓（見圖4）。

圖4. 在3.3 V下各種距離可提供的最大輸出電流。

針對采用無線電源的無電池應用，LTC3588-1提供了一種簡單的集成解決方案，可提供低電流穩壓電壓軌，還帶有完整的輸入保護功能。

作者：Mark Vitunic

Mark Vitunic ［mark.vitunic@analog.com］是ADI公司Power by Linear?部門的設計經理。他于2017年正式加入ADI公司（隨ADI收購凌力爾特公司加入），之前他已在凌力爾特公司工作了19年。Mark負責管理美國馬薩諸塞州北切姆斯福德和德國慕尼黑的眾多項目開發工作，專注于無線功率傳輸、超低功耗IC、能量收集、主動電池平衡和多通道DC-DC穩壓器開發。Mark擁有卡內基梅隆大學電氣工程學士學位和加州大學伯克利分校電氣工程碩士學位。