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技術文章—采用無線電源實現無電池使用
發布時間： 2021-08-12
我的使用沒有電池。是不是可以采用無線供電？
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處理辦法。
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近，發射線圈中出現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使用都采用無線電池充電器配置?？晌挥诮邮斩?，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使用供電。后端負載既可筆直連接到電池，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），終端使用既可在充電器上運行，也可脫離充電器運行。
但是，倘若特定使用根本沒有電池，取而代之的是，當無線電源可用時，只需供應一個穩壓的電壓軌，那又會要怎么樣呢？在遠程傳感器、計量、汽車診斷和醫療診斷范疇，此類使用的例子極為常見。例如，倘若遠程傳感器無需繼續供電，那么它就不要電池，而使用電池要定期更換（若是原電池）或充電（若是可充電電池）。倘若該遠程傳感器僅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供應穩定的3.3V電壓軌。
我們來看LTC3588-1納安功耗能量收集電源處理辦法。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)使用而設計，但它也可用于無線電源使用。圖3顯示了采用LTC3588-1的完整發射端和接收端WpT處理辦法。在發射端，使用基于LTC6992Timerblox?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216kHz，低于LC諧振電路的諧振頻率266kHz。fLC_TX與fDRIVE的精確比值最好是憑相關相關經驗來確定，旨在最大程度地減小由零電壓開關(ZVS)引起的M1開關損耗。有關發射端線圈選擇和工作頻率的設計考慮，與其他WpT處理辦法沒有什么不同，也就是說，在接收端采用LTC3588-1并無任何神奇之處。
在接收端，將LC諧振電路的諧振頻率設置為與216kHz的驅動頻率相等。鑒于許多EH使用要進行交流到直流的整流（就像WpT相同），因此LTC3588-1已經內置了這項功能，準許LC諧振電路筆直連接到LTC3588-1的pZ1和pZ2引腳。該整流為寬帶整流：直流到>10MHz。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?？赏ㄟ^引腳選擇四種輸出電壓：1.8V、2.5V、3.3V和3.6V可選，繼續輸出電流高達100mA。只要均勻輸出電流不超過100mA，就可以選擇大小適宜的輸出電容來供應較高的短時間突發電流。當然，要完全實現100mA輸出電流能力，還取決于是不是具有適當大小的發射端、線圈對以及是不是充足耦合。
倘若負載需求低于支持的可用無線輸入功率，則VIN電壓會新增。雖然LTC3588-1集成了一個輸入保護分流器，可在VIN電壓上升至20V時，供應高達25mA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，這相當于可供應給LTC3588-1的交流量下降，而不只是在接收諧振電路中循環。倘若在VIN上升至20V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中不會出現熱量造成能耗。
探測結果：針對圖3所示氣隙為2mm的使用，測得在3.3V下可供應的最大輸出電流為30mA，而無負載時測得的VIN電壓為9.1V。當氣隙接近為零時，可供應的最大輸出電流新增至約莫90mA，而無負載時的VIN電壓僅新增至16.2V，遠低于輸入保護分流電壓（見圖4）。
圖4.在3.3V下各種距離可供應的最大輸出電流。
針對采用無線電源的無電池使用，LTC3588-1供應了一種簡單的集成處理辦法，可供應低電流穩壓電壓軌，還帶有完整的輸入保護功能。