无线供电的特点是无需供电端与用电端任何物理上的连接，就可以把电能传输给用电端(负载)，显然这是一种极为方便的供电技术。供电装置(能量发射端)利用微波、粒子束、激光、电磁波等以无线：方式对用电设备(能量接收端)进行实时供电，发射端和接收端也可以是一对一、多对一、一对多、多对多等不同方式，其中多对多方式可以实现基于网络的分布式供电，被认为是未来最有前途的发展方向。粒子束、激光的方向性好，能量传输密度大，但是目前接收技术尚不成熟，所以此类应用进入实用还有待时日；微波方式的发射、接收技术相对比较成熟，但是方向性不好，能量传输密度低，效率欠佳，如果处理不好，还会造成干扰。据报道国外已经有研究机构成功的将5kW的电力利用微波传送了42m远；欧洲的研究机构在非洲的实验型微波输电装置已进行多年的送电试验，并已向当地村庄送电。
图1
利用电磁波进行毫米至厘米级范围内的微距无线供电则已经走进了我们的日常生活，微功率应用如各式非接触式IC卡，比较典型的是我国广泛使用的公交IC卡，大功率的典型应用比如我们厨房的电磁炉，已经是千瓦级的应用了。近两年，采用这种方式对便携设备直接供电或者充电以及针对特殊环境下的安全供电也成了一个热点。英国剑桥大学某研究机构发表了可以商用的“Splashpower”无线充电器，通过SplashPad(充电板，鼠标垫大小)给PDA、手机等便携设备充电而无需连线，前提是这些设备内部必须安装有SplashModule，一种很轻薄的无线电能接收装置，不过在其网站上只有像上图那样的效果图，看不到相关的详细资料；美国麻省理工学院(MIT)发表的无线供电方案，可以在12英尺(约合3m)范围内以无线的方式给电池充电或点亮电灯，商用样机也正在试制中。本文要介绍的VOXO6MPOl微距无线供电发射模块，经实测可以点亮高亮度LED，也可以给小功率功放供电驱动小音箱，它是由国内的一家公司生产的，实物参见下图。
图2
一、微距无线供电的原理简介微距电能无线传输，日前实用的方案是基于电磁感应原理的高频分离式变压器，利用电一磁一磁一电的能量转换过程实现能量的传输。变压器一般由导线组成的线圈和线圈中间的型芯组成，型芯的材料和形状有很多种，工频变压器常常使用各种形状的铁芯，高频变压器则一般使用各种形状的磁芯。变压器使用型芯主要是为了提高能量耦合效率，因为它可以有效减少电磁波向空间的发射而主要集中在型芯材料组成的磁路中，如下图所示。
图3
将初、次级线圈和相应的型芯分开一定的距离并不影响型芯“聚集”磁力线的功能，只是间隙处的能量损耗增进，传输效率会牺牲一点，不过这却可以满足我们的特定需要--无线供电，这就是高频分离式变压器的模型，如下图所示，
图4
初、次级线圈分别作为能量的发射端和接收端。新型的平面变压器，采用扁平的磁芯和扁平的线圈，纵向高度大大减小，相应的径向截面也就大大增加，更加适合无线电能传输的应用。初、次级线圈中流动的是几干到几兆赫兹的高频电流，如果不苛求效率，磁芯并不是必须的，针对不同应用，发射、接收端都可以采用有磁芯的线圈或者无磁芯的空心线圈。如果频率达到数兆赫兹以上，磁芯本身的损耗也很大，使用空心线圈并不会降低太多的传输效率，同时，空心线圈可以提高生产效率和成本，也方便使用印制电路工艺技术制作印制线圈从而有效减小体积并且进一步提高生产效率，在微、小功率的应用中比较多见，空心变压器的模型见下图。
图5
除了上述发射、接收线圈外，发射端还需要与产生高频电流的高频电源电路相配合，将直流电或者低频交流电转换成高频交流电，接收端也需要相应的高频整流电路，电能才能被再次以“电能”的方式利用，这个过程与我们熟知的开关电源非常类似，只是缺少了稳压环节。无线供电的一般等效电路框图如下图所示，
图6
L1和L2分别是发射和接收线圈。在大功率应用中，框图中的每一部分可能会相当复杂，也需要大量的元器件来实现，但是在小功率应用中，这些电路的很多单元都可以由一个或者很少的几个元件组成。
图7
上图所示的电路就是一个简单的无线供电发射端电路，这个电路原本是一个典型的电子变压器电路，将变压器T只用两个空心线圈而不再使用磁芯，完全可以实现微距无线供电。
电源VCC可以直接由市电整流滤波而来，VTI和VT2的耐压略高于Vcc即可，触发二极管VD使用30V左右的型号，如DB3或VR60等。如果使用低压直流电源，VD可以使用两个稳压二极管或者多个二极管串并联代替。电路的详细说明可以参考相关的资料。
一、VOXO6MPOl徼距无线供电发射模块简介
VOXO6MPOl是小功率的微距无线供电发射模块，由国内的3DVOX(明天科技)公司和美国Comptechnic公司联合开发，并由3DVOX公司在国内生产，实物外形和引脚名称及其排列分别如下图所示。
图2
图8
VOXO6MPOl内部包含了无线供电发射端所需要的大部分电路，典型应用只需外接3个电容和一个用于能量发射的线圈，工作电压为直流5V一6V，与相应的接收电路相配合，能量传送距离能够达到10cm左右。
VOXO6MPOl采用常见的黑色软胶包封，以提高电路的可靠性和对环境的适应能力。VOXO6MP01包含引脚在内宽26.4mm、高26mm、最大厚度6mm、引脚长度为lOmm，未来还有更为坚固的硬塑壳封装，基本功能不变，1、3脚改为内部相连，外部引脚减少为4个，引脚间距不变，宽度减小为23.6mm。
VOXO6MPOl的主要电参数参见下表，
典型应用电路见图8，电路的实物连接图见图9。图8中L2的绕制方法与L1大致相同，L2的形状应该尽量与L1相似，直径可大可小，但径向尺寸不应大于L1。使用时L2应尽量与L1靠拢，如果L2的直径比L1小得多，可以尽量靠近L1内的一侧。L2与L1符合变压器的传输耦合关系，即电压与线圈的匝数成正比，不过空载电压会比带载电压高很多，使用时可以接上负载调试，同时改变L2与L1的相对位置也会明显改变输出电压，所以对电压敏感的器件应该附加简单的稳压或者限压电路；L2的线径和匝数对输出电流有一定影响，使用多股线绕制可以减小高频电流特有的“趋肤效应”。
图8
使用如上图所示的应用电路。用示波器测得L2两端的波形见图(a)，频率约为224kHz，谐波不明显。L2两端接人3个高亮度白色发光二极管，电路连接关系参见下图，
本文关键字：无线 电源类，电子制作 - 电源类
上一篇：随身“电源”的制作
