無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)技術用(yong)于(yu)通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)，已經在全世界流(liu)行了(le)近一百年。從當初的(de)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)廣(guang)播和無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)報，發展到現(xian)在的(de)衛星和微波通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)，以(yi)及(ji)普及(ji)到全球幾乎每一個個人(ren)的(de)移(yi)動(dong)通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)、無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)網絡(luo)、GPS等。無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)極(ji)大(da)地改變了(le)人(ren)們的(de)生(sheng)產和生(sheng)活方式(shi)，沒(mei)有無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)，信(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)化(hua)社會的(de)目標是不(bu)可(ke)議(yi)的(de)。然而(er)，無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)傳送的(de)都是微弱的(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)0,而(er)不(bu)是功率較大(da)的(de)/能(neng)(neng)量(liang)0。因(yin)(yin)此(ci)許(xu)多使用(yong)極(ji)為方便的(de)便攜(xie)式(shi)的(de)移(yi)動(dong)產品，都要(yao)不(bu)定期地連(lian)接(jie)電(dian)(dian)網進行充電(dian)(dian)，也因(yin)(yin)此(ci)不(bu)得不(bu)留(liu)下各種(zhong)插口和連(lian)接(jie)電(dian)(dian)纜。這就很難實(shi)(shi)現(xian)具(ju)有防水性能(neng)(neng)的(de)密封工藝，而(er)且這種(zhong)個性化(hua)0的(de)線(xian)(xian)(xian)(xian)纜使得不(bu)同(tong)產品的(de)充電(dian)(dian)器很難通(tong)(tong)(tong)用(yong)。如果徹底去掉這些尾巴0,移(yi)動(dong)終端設備就可(ke)以(yi)獲(huo)得真正的(de)自由0。也易(yi)于(yu)實(shi)(shi)現(xian)密封和防水。這個目標必須要(yao)求(qiu)能(neng)(neng)量(liang)也像信(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)0一樣實(shi)(shi)現(xian)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)傳輸。

　　能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)送和信號的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸要(yao)求(qiu)(qiu)顯然(ran)不同，后者(zhe)要(yao)求(qiu)(qiu)其(qi)內容的(de)(de)(de)(de)完整和真實，不太要(yao)求(qiu)(qiu)效率(lv)，而前者(zhe)要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)是功率(lv)和效率(lv)。雖然(ran)能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)無線傳(chuan)(chuan)送的(de)(de)(de)(de)想法早已有之，但(dan)因為一直無法突破(po)效率(lv)這(zhe)個瓶頸，使它一直不能(neng)進入實用領(ling)域。

　　目前，這個瓶頸仍然沒有實質性的(de)(de)突(tu)破。但是如果對傳輸距(ju)離沒有嚴格要求（不跟無(wu)線(xian)通信比(bi)），比(bi)如在數(shu)cm（本文稱微距(ju)0）的(de)(de)范圍內(nei)，其傳輸效率就很容易(yi)提高(gao)到滿意的(de)(de)程度。如果能(neng)用比(bi)較(jiao)簡(jian)單的(de)(de)設備實現微距(ju)條件(jian)下的(de)(de)無(wu)線(xian)傳能(neng)，并(bing)形(xing)成商業化的(de)(de)推廣應用，當今(jin)社會隨處(chu)可見的(de)(de)移動電(dian)子設備將有可能(neng)面臨一(yi)次新的(de)(de)變革。

　　2 工作原理

　　將直流電轉換成高頻(pin)交流電，然后通過沒有(you)任(ren)何有(you)有(you)線連接的原、副線圈之間的互感耦合(he)實現電能的無線饋送。基本方案如圖1所示。

　　本無線充電器0由電(dian)(dian)能發送電(dian)(dian)路和電(dian)(dian)能接收與充(chong)電(dian)(dian)控制電(dian)(dian)路兩部(bu)分構(gou)成。

　　2.1 電能發送部分

　　如圖(tu)2,無線電(dian)能(neng)發送單元的供電(dian)電(dian)源有兩(liang)種：

　　220V交流(liu)和24V直流(liu)（如(ru)汽車電(dian)源），由繼電(dian)器(qi)J選擇。按(an)照交流(liu)優(you)先的(de)原則，圖中繼電(dian)器(qi)J的(de)常(chang)閉觸點與直流(liu)（電(dian)池BT1）連(lian)接。正常(chang)情況下S3處于接通狀(zhuang)態(tai)。

圖2無線電能發送(song)單元電路圖

　　當有(you)交流(liu)供(gong)電(dian)時，整流(liu)濾波后(hou)的(de)約(yue)26V直(zhi)流(liu)使繼(ji)電(dian)器(qi)J吸合，發送電(dian)路(lu)單元便工作于(yu)交流(liu)供(gong)電(dian)方式，此時直(zhi)流(liu)電(dian)源BT1與(yu)電(dian)能發送電(dian)路(lu)斷開，同時LED1（綠色）發光顯示這一狀態。

　　經繼電(dian)器J選擇的(de)+24V直流電(dian)主(zhu)要為發射線圈(quan)L1供電(dian)，此(ci)外，經IC1（78L12）降壓后(hou)為集成電(dian)路IC2供電(dian)，為保證J的(de)動作(zuo)不影響發送電(dian)路的(de)穩(wen)定工作(zuo)，電(dian)容C3的(de)容量不得小于(yu)2200uF。

　　電(dian)能的(de)無線傳送實(shi)際上是(shi)通(tong)過發(fa)射(she)線圈L1和接收線圈L2的(de)互感作(zuo)用實(shi)現的(de)，這里L1與L2構(gou)成一(yi)個無磁芯的(de)變壓(ya)器的(de)原、副(fu)線圈。為保證(zheng)足(zu)夠的(de)功率(lv)和盡可(ke)能高(gao)(gao)的(de)效率(lv)，應(ying)選(xuan)擇較高(gao)(gao)的(de)調制頻(pin)率(lv)，同時要考(kao)慮(lv)到器件的(de)高(gao)(gao)頻(pin)特性，經(jing)實(shi)驗選(xuan)擇1.6MHz較為合適。

　　IC1為(wei)(wei)(wei)CMOS六非門(men)CD4069,這里只用了三個(ge)非門(men)，由(you)F1,F2構(gou)成方(fang)波(bo)(bo)振蕩器，產生約1.6MHz的(de)方(fang)波(bo)(bo)，經(jing)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的(de)方(fang)波(bo)(bo)來激勵VMOS功放管(guan)IRF640.足以使其(qi)工作在(zai)開關狀態(tai)（丁類），以保證(zheng)盡可(ke)(ke)能(neng)高的(de)轉換效率(lv)。為(wei)(wei)(wei)保證(zheng)它與L1C8回(hui)路的(de)諧振頻率(lv)一致。可(ke)(ke)將(jiang)C4定為(wei)(wei)(wei)100pF,R1待調(diao)。為(wei)(wei)(wei)此將(jiang)R1暫(zan)定為(wei)(wei)(wei)3K,并串入可(ke)(ke)調(diao)電(dian)阻RP1。在(zai)諧振狀態(tai)，盡管(guan)激勵是(shi)方(fang)波(bo)(bo)，但(dan)L1中(zhong)的(de)電(dian)壓(ya)是(shi)同頻正弦波(bo)(bo)。

　　由(you)此可見，這(zhe)一(yi)部分實際上是個變頻器，它將50Hz的(de)正弦轉變成1.6MHz的(de)正弦。

　　2.2 電能接收與充電控制(zhi)部(bu)分(fen)

　　正(zheng)常情況(kuang)下，接收線圈(quan)L2與發射線圈(quan)L1相(xiang)距不(bu)過幾cm,且接近同軸，此時可(ke)獲得(de)較高的傳輸效率。

　　電(dian)能接收與充電(dian)控制電(dian)路(lu)單元的(de)原理如圖3所示。

　　L2感應(ying)得(de)到的1.6MHz的正弦電(dian)壓有效值約(yue)有16V（空載）。經(jing)橋式整流（由4只1N4148高頻開關(guan)二(er)極管構成(cheng)）和(he)C5濾波，得(de)到約(yue)20V的直流。作為充電(dian)控(kong)制部分的唯一電(dian)源。

　由R4,RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的(de)充電終(zhong)止(zhi)電壓）經(jing)R12接到(dao)運放IC的(de)同相輸(shu)入端(duan)(duan)3。當IC2的(de)反(fan)相輸(shu)入端(duan)(duan)2低(di)于4.15V時（充電過程(cheng)中(zhong)），IC3輸(shu)出(chu)的(de)高電位一方(fang)面(mian)使(shi)(shi)Q4飽和從而在LED2兩端(duan)(duan)得到(dao)約2V的(de)穩(wen)定電壓（LED的(de)正向導通具(ju)有(you)穩(wen)壓特性），Q5與R6、R7便據(ju)此(ci)構(gou)成恒流電路(lu)I0=2-0.7R6+R7。另(ling)一方(fang)面(mian)R5使(shi)(shi)Q3截止(zhi)，LED3不亮。

圖(tu)3無線電能接收(shou)器電路(lu)圖(tu)

　　當(dang)電池充滿(man)（略大于4.15V）時，IC3的反(fan)相輸入端2略高于4.15V。運放便輸出(chu)低(di)電位(wei)(wei)，此時Q4截(jie)止(zhi)(zhi)，恒流管Q5因(yin)完(wan)全得不到偏流而(er)截(jie)止(zhi)(zhi)，因(yin)而(er)停止(zhi)(zhi)充電。同時運放輸出(chu)的低(di)電位(wei)(wei)經R8使Q3導通(tong)，點亮LED3作為充滿(man)狀(zhuang)態指示。

　　兩種充(chong)電(dian)(dian)模式由R6、R7決定。這個非序列值(zhi)可以在(zai)E24序列電(dian)(dian)阻的標(biao)稱值(zhi)為(wei)918的電(dian)(dian)阻中找(zhao)到(dao)，就用(yong)918的也行(xing)。

　　如果作為產(chan)品(pin)設計，這部分(fen)電(dian)路應(ying)當盡可能(neng)微型(xing)化（電(dian)流表電(dian)壓表只是在(zai)實驗品(pin)中調試時用，產(chan)品(pin)中不需要），最好成為電(dian)池的附(fu)屬電(dian)路。

　　3 主要(yao)元(yuan)器件選(xuan)擇

　　電源變(bian)壓器(qi)T15VA18V,這里利用現有的雙18V的，經整流(liu)濾波后得到(dao)約24V的直(zhi)流(liu)。

　　繼電器J）））DC24V,經測(ce)量其可靠吸合電流為(wei)13mA。

　　保(bao)險管FUSE）））快速反應的1A。

　　可(ke)調(diao)電阻RP1和(he)RP2）））用精密(mi)可(ke)調(diao)的。

　　諧振(zhen)電容(rong)C8）））瓷(ci)介電容(rong)耐壓不小于63V。

　　整(zheng)流橋D5-D8）））用高頻開關管(guan)1N4148。

　　精密電壓源）））TL431。

　　運放(fang)IC3）））OPA335,TI公司的(de)軌(gui)對軌(gui)精密單運放(fang)。

　　晶體管Q3、Q4和Q5）））要(yao)求(qiu)漏電流小于(yu)0.1uA,放大(da)(da)倍數(shu)大(da)(da)于(yu)200,圖(tu)中已標型號(hao)。

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

　　發送線(xian)圈(quan)L1）））用U1mm的(de)漆(qi)包線(xian)在U66mm的(de)圓柱體（易拉罐正好）上密繞20匝，用502膠適當粘接，脫胎成(cheng)桶形(xing)線(xian)圈(quan)。

　　接收線(xian)圈L2）））用U0.4mm的(de)漆包(bao)線(xian)在(zai)同樣(yang)的(de)圓柱體上密繞20匝，脫(tuo)胎后整理成密圈形然后粘接固定。這是為了使接收單元盡可能薄(bo)型化。

　　4 調試要點

　　在發送單(dan)元的FUSE1回路上串入電流表，以保持監測。按以下順序調試。

　　4.1 調(diao)工作頻率

　　調PR1使F1-F2產生的方波頻(pin)率與C8L1的諧振頻(pin)率一(yi)致(zhi)。此時電(dian)(dian)流(liu)表的讀數最小，接收(shou)線圈L2所得(de)的感應電(dian)(dian)壓(ya)最大，暫不接被(bei)充電(dian)(dian)池BT2.。