无线充电器技术及低成本设计方案

感应式无线电力传输变得越来越流行。最近，许多手机制造商宣布他们生产的新型手机将支持无线充电功能。大多数新型手机都使用了基于感应电力传输的无线充电技术。这种技术也可用于其他便携设备。为了令无线充电系统的设计更加简单，无线充电联盟(WPC)孕育而生，并提出了一个低功耗标准。

本文将介绍无线电力传输的基本理论并概述WPC提出的“Qi”标准。最后，将介绍一个符合Qi标准的低成本分立式无线充电器解决方案。

基本理论

基于感应电源的无线电力传输的基本理论非常简单。众所周知，交流电场将产生磁场，交流磁场也将产生电场。在发射机中，直流电源转换为交流电，并产生交流电场。在接收机处，线圈拾取来自交流磁场的电源，并将交流电转换成直流电作为输出负载。

发射线圈和接收线圈彼此分离，泄漏电感大且耦合系数小。因此，传输效率非常低。为提高传输效率，必须采用一个补偿电路。常用方法就是在发送机侧和接收机侧分别放置一个补偿电容，形成一个带有发送线圈和接收线圈的谐振电路，用于改善电源传输。图1显示了两个补偿电路方法的拓扑结构。通常情况下，在发送机侧放置一个电容以形成带有发送线圈的串联谐振电路，而在接收机侧有两种不同的拓扑结构。一种是形成带有接收线圈的串联谐振电路的电容，另一种是形成带有接收线圈的平行谐振电路的电容。

图1 -两个谐振电路拓扑结构。

电压传输函数如下所示：

Cp和Lp为发射机侧发送线圈的串联电容值和电感值，而Cs和Ls为接收机侧接收线圈的串联或平行电容值和串联电感值。M为互感系数。ω0为谐振频率。ωn为标准化工作频率。n为两个线圈电感的比率。Q为品质因子。K为耦合系数。α为发射串联电容与接收电容的比率。R为输出负载。