無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電技術(shu)用于通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)，已經在全世界流行了近一百年(nian)。從(cong)當初的(de)(de)(de)(de)無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電廣播和(he)(he)無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電報，發(fa)展到現(xian)在的(de)(de)(de)(de)衛(wei)星和(he)(he)微波通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)，以及(ji)(ji)普及(ji)(ji)到全球幾乎每一個(ge)個(ge)人(ren)的(de)(de)(de)(de)移動(dong)通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)、無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)網絡、GPS等。無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)極(ji)大地改變了人(ren)們的(de)(de)(de)(de)生產和(he)(he)生活方(fang)式，沒有無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)，信(xin)(xin)(xin)息(xi)化社會(hui)的(de)(de)(de)(de)目標是不(bu)(bu)可議的(de)(de)(de)(de)。然而，無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)通(tong)(tong)信(xin)(xin)(xin)傳(chuan)(chuan)送(song)的(de)(de)(de)(de)都是微弱的(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)0,而不(bu)(bu)是功率較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)/能量0。因此(ci)許(xu)多(duo)使(shi)用極(ji)為方(fang)便的(de)(de)(de)(de)便攜式的(de)(de)(de)(de)移動(dong)產品，都要(yao)不(bu)(bu)定(ding)期地連接電網進行充(chong)電，也因此(ci)不(bu)(bu)得不(bu)(bu)留下各(ge)種插口和(he)(he)連接電纜。這(zhe)(zhe)就很難(nan)實現(xian)具有防水(shui)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)密封工藝，而且這(zhe)(zhe)種個(ge)性(xing)化0的(de)(de)(de)(de)線(xian)(xian)(xian)纜使(shi)得不(bu)(bu)同產品的(de)(de)(de)(de)充(chong)電器很難(nan)通(tong)(tong)用。如果(guo)徹底去掉這(zhe)(zhe)些尾巴0,移動(dong)終端(duan)設備就可以獲得真(zhen)正的(de)(de)(de)(de)自由0。也易(yi)于實現(xian)密封和(he)(he)防水(shui)。這(zhe)(zhe)個(ge)目標必(bi)須要(yao)求(qiu)能量也像信(xin)(xin)(xin)息(xi)0一樣實現(xian)無(wu)(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)傳(chuan)(chuan)輸。

　　能(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)(de)傳送(song)和信(xin)號的(de)(de)(de)傳輸要(yao)求(qiu)(qiu)顯然(ran)不(bu)同，后者要(yao)求(qiu)(qiu)其內容的(de)(de)(de)完整(zheng)和真(zhen)實(shi)，不(bu)太要(yao)求(qiu)(qiu)效率(lv)，而(er)前者要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)是(shi)功率(lv)和效率(lv)。雖然(ran)能(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)傳送(song)的(de)(de)(de)想法(fa)早已有之，但(dan)因為一直無(wu)法(fa)突破效率(lv)這個(ge)瓶頸，使(shi)它一直不(bu)能(neng)(neng)進入實(shi)用領(ling)域(yu)。

　　目前，這個瓶(ping)頸仍然沒有實質性的(de)(de)(de)突破。但是如(ru)果對(dui)傳輸距離沒有嚴格要求（不跟無(wu)線通信(xin)比），比如(ru)在數cm（本文稱微(wei)距0）的(de)(de)(de)范圍內，其傳輸效率就很容易提高到滿意的(de)(de)(de)程(cheng)度。如(ru)果能(neng)用比較簡(jian)單的(de)(de)(de)設(she)備實現微(wei)距條(tiao)件下的(de)(de)(de)無(wu)線傳能(neng)，并形成商(shang)業化的(de)(de)(de)推廣應用，當今社會(hui)隨處可見的(de)(de)(de)移動電子設(she)備將有可能(neng)面(mian)臨(lin)一次新的(de)(de)(de)變革。

　　2 工作原理

　　將直流(liu)(liu)電轉換成高(gao)頻(pin)交(jiao)流(liu)(liu)電，然后(hou)通過沒有任何有有線連(lian)接的(de)(de)原、副線圈之(zhi)間(jian)的(de)(de)互感(gan)耦合實現電能的(de)(de)無線饋送。基本(ben)方案如圖1所示(shi)。

　　本無線充電器0由電(dian)能(neng)發(fa)送電(dian)路和電(dian)能(neng)接(jie)收(shou)與充電(dian)控(kong)制(zhi)電(dian)路兩部分構(gou)成。

　　2.1 電能(neng)發送部分

　　如圖2,無線(xian)電能發送單元(yuan)的供電電源有兩種：

　　220V交(jiao)流(liu)(liu)和24V直流(liu)(liu)（如汽(qi)車電(dian)(dian)源(yuan)），由繼電(dian)(dian)器J選擇。按照交(jiao)流(liu)(liu)優(you)先的(de)原則，圖中繼電(dian)(dian)器J的(de)常閉(bi)觸點與直流(liu)(liu)（電(dian)(dian)池BT1）連(lian)接。正常情(qing)況(kuang)下S3處(chu)于接通狀態。

圖2無(wu)線電(dian)能發送單元(yuan)電(dian)路圖

　　當有交流供電(dian)時，整流濾(lv)波后的約(yue)26V直流使繼電(dian)器J吸(xi)合，發送電(dian)路單(dan)元便工作(zuo)于(yu)交流供電(dian)方式，此時直流電(dian)源BT1與(yu)電(dian)能發送電(dian)路斷開，同時LED1（綠色）發光顯示這(zhe)一(yi)狀態。

　　經繼(ji)電(dian)器J選擇的+24V直流電(dian)主要為發射線圈L1供電(dian)，此外，經IC1（78L12）降壓(ya)后為集成電(dian)路IC2供電(dian)，為保證J的動作不影響發送電(dian)路的穩(wen)定工作，電(dian)容C3的容量不得小于2200uF。

　　電(dian)能的(de)無線(xian)傳送(song)實(shi)(shi)際(ji)上是通過發射線(xian)圈L1和接收線(xian)圈L2的(de)互(hu)感作用實(shi)(shi)現的(de)，這里L1與L2構成(cheng)一個無磁芯的(de)變壓器的(de)原、副(fu)線(xian)圈。為保證足夠的(de)功率和盡可(ke)能高的(de)效率，應選(xuan)擇(ze)較高的(de)調制頻率，同時(shi)要(yao)考慮到(dao)器件的(de)高頻特性，經實(shi)(shi)驗(yan)選(xuan)擇(ze)1.6MHz較為合適。

　　IC1為(wei)CMOS六非(fei)門CD4069,這里只用了三個(ge)非(fei)門，由F1,F2構(gou)成(cheng)方(fang)波振(zhen)(zhen)蕩器，產生約1.6MHz的(de)方(fang)波，經F3緩(huan)沖并整形，得到(dao)幅度約11V的(de)方(fang)波來激(ji)勵VMOS功放管(guan)IRF640.足以(yi)使其工作在(zai)(zai)開關狀(zhuang)態（丁類），以(yi)保證盡(jin)可(ke)能(neng)高的(de)轉換效率。為(wei)保證它與L1C8回路(lu)的(de)諧(xie)振(zhen)(zhen)頻率一(yi)致。可(ke)將C4定(ding)為(wei)100pF,R1待調(diao)。為(wei)此將R1暫定(ding)為(wei)3K,并串入可(ke)調(diao)電阻RP1。在(zai)(zai)諧(xie)振(zhen)(zhen)狀(zhuang)態，盡(jin)管(guan)激(ji)勵是方(fang)波，但(dan)L1中的(de)電壓是同頻正弦(xian)波。

　　由此可(ke)見，這一部分實際上(shang)是個變頻器，它將50Hz的正(zheng)(zheng)弦轉變成1.6MHz的正(zheng)(zheng)弦。

　　2.2 電(dian)能接收(shou)與充電(dian)控制(zhi)部(bu)分

　　正常情況(kuang)下，接收線圈(quan)L2與(yu)發(fa)射線圈(quan)L1相距不過幾cm,且(qie)接近(jin)同軸，此時可(ke)獲得較高的傳輸效率。

　　電(dian)能接收(shou)與充電(dian)控制電(dian)路單元的原理如圖3所(suo)示。

　　L2感(gan)應(ying)得(de)到的1.6MHz的正弦電壓(ya)有(you)效值約(yue)有(you)16V（空載）。經橋式整流（由4只1N4148高頻(pin)開關二極管構成）和C5濾波，得(de)到約(yue)20V的直(zhi)流。作為充電控制部(bu)分(fen)的唯一電源。

　由R4,RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的(de)(de)充電(dian)終止電(dian)壓(ya)）經R12接到(dao)運放IC的(de)(de)同相輸入端3。當IC2的(de)(de)反(fan)相輸入端2低于4.15V時（充電(dian)過程中），IC3輸出的(de)(de)高電(dian)位一方(fang)面使(shi)Q4飽和從而(er)在LED2兩端得到(dao)約(yue)2V的(de)(de)穩定電(dian)壓(ya)（LED的(de)(de)正向導通具有穩壓(ya)特(te)性），Q5與R6、R7便據此(ci)構成(cheng)恒流電(dian)路(lu)I0=2-0.7R6+R7。另一方(fang)面R5使(shi)Q3截(jie)止，LED3不亮(liang)。

圖3無線(xian)電能(neng)接(jie)收器電路圖

　　當電池充(chong)(chong)滿（略(lve)大于(yu)4.15V）時，IC3的反相輸入端2略(lve)高于(yu)4.15V。運放便輸出(chu)低電位，此時Q4截止(zhi)，恒流(liu)管Q5因(yin)完全(quan)得不到偏流(liu)而截止(zhi)，因(yin)而停止(zhi)充(chong)(chong)電。同時運放輸出(chu)的低電位經R8使Q3導通，點亮LED3作為充(chong)(chong)滿狀(zhuang)態指示。

　　兩種充電(dian)模(mo)式由R6、R7決(jue)定。這個非序列(lie)值可(ke)以(yi)在E24序列(lie)電(dian)阻的標稱值為918的電(dian)阻中找到，就用(yong)918的也行(xing)。

　　如果作為產品設計，這部分電(dian)(dian)路應當盡可能微型(xing)化(hua)（電(dian)(dian)流表(biao)電(dian)(dian)壓表(biao)只(zhi)是在實驗品中(zhong)調試時(shi)用，產品中(zhong)不需要(yao)），最(zui)好成為電(dian)(dian)池的附屬電(dian)(dian)路。

　　3 主要元器件選擇

　　電源變壓器T15VA18V,這里利用現有的(de)雙(shuang)18V的(de)，經整流濾(lv)波(bo)后得到(dao)約(yue)24V的(de)直流。

　　繼(ji)電器J）））DC24V,經測量其(qi)可靠吸合電流為13mA。

　　保險(xian)管FUSE）））快速反應(ying)的1A。

　　可調電(dian)阻RP1和RP2）））用精密可調的。

　　諧振電容C8）））瓷介電容耐壓不小(xiao)于63V。

　　整流(liu)橋D5-D8）））用高頻開關(guan)管1N4148。

　　精密(mi)電壓源）））TL431。

　　運放IC3）））OPA335,TI公司(si)的(de)軌(gui)(gui)對(dui)軌(gui)(gui)精密單運放。

　　晶體管Q3、Q4和Q5）））要(yao)求漏電流小于0.1uA,放(fang)大(da)倍數(shu)大(da)于200,圖(tu)中已標(biao)型(xing)號。

　　發(fa)光(guang)管LED2）））普亮（紅），正向(xiang)VA特性(xing)盡可(ke)能陡直（動態電阻小，穩壓(ya)特性(xing)好(hao)）。

　　發送線圈L1）））用U1mm的漆包(bao)線在U66mm的圓柱體（易拉罐正好）上密繞20匝(za)，用502膠適(shi)當粘接，脫(tuo)胎成桶(tong)形線圈。

　　接(jie)收線圈L2）））用U0.4mm的漆包線在同樣的圓柱體上密(mi)繞20匝，脫(tuo)胎后(hou)整理成密(mi)圈形然(ran)后(hou)粘(zhan)接(jie)固定。這是為了使接(jie)收單元盡可能(neng)薄型化。

　　4 調試要點

　　在發送單元的FUSE1回(hui)路(lu)上串入電(dian)流表，以保(bao)持監(jian)測。按以下順序(xu)調試。

　　4.1 調工作(zuo)頻率

　　調(diao)PR1使(shi)F1-F2產生的(de)方波頻(pin)率與C8L1的(de)諧振頻(pin)率一致。此時電(dian)流表的(de)讀數最(zui)小，接收(shou)線圈L2所得的(de)感(gan)應電(dian)壓最(zui)大(da)，暫(zan)不(bu)接被充電(dian)池BT2.。