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技術文章—采用無線電源實現(xiàn)無電池使用

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年08月10日  

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(tǒng)由氣隙分隔的兩部分組成:發(fā)射(Tx)電路(包括發(fā)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(tǒng)非常相近,發(fā)射線圈中出現(xiàn)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(tǒng)不同的是,原邊(發(fā)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(tǒng)。


目前大多數(shù)無線功率傳輸使用都采用無線電池充電器配置??沙潆婋姵匚挥诮邮斩?,只要有發(fā)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(wěn)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(wěn)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(yī)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(xù)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(shù),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(wěn)壓器輸出端。


圖3.WpT采用LTC3588-1供應穩(wěn)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(fā)射端和接收端WpT處理辦法。在發(fā)射端,使用基于LTC6992Timerblox?硅振蕩器的簡單開環(huán)無線發(fā)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(fā)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(jié)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(wěn)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(xù)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(fā)電流。當然,要完全實現(xiàn)100mA輸出電流能力,還取決于是不是具有適當大小的發(fā)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(huán)。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(xiàn)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(wěn)壓電壓軌,還帶有完整的輸入保護功能。


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