无线功率传输(WPT)体系由气隙分隔的两部分组成:发射(Tx)电路(包含发射线圈)和接纳(Rx)电路(包含接纳线圈)(见图1)。与典型的变压器体系十分相似,发射线圈中发生的沟通电经过磁场感应在接纳线圈中生成沟通电。可是,与典型的变压器体系不同的是,原边(发射端)和副边(接纳端)之间的耦合程度一般很低。这是因为存在非磁性资料(空气)空隙。
图1 无线功率传输体系。
现在大多数无线功率传输运用都选用无线电池充电器装备。可充电电池坐落接纳端,只需有发射端,就可对其进行无线充电。充电完成后,将电池与充电器别离,可充电电池即可为终端运用供电。后端负载既可直接连接到电池,也可经过PowerPath™抱负二极管直接连接到电池,或连接到充电器IC中集成的电池供电稳压器的输出端。在所有三种情况下(见图2),终端运用既可在充电器上运转,也可脱离充电器运转。
图2 无线Rx电池充电器,后端负载连接到
a)电池、b)PowerPath抱负二极管和c)稳压器输出端。
可是,假如特定运用底子没有电池,取而代之的是,当无线电源可用时,只需供给一个稳压的电压轨,那又会怎么呢?在长途传感器、计量、轿车确诊和医疗确诊范畴,此类运用的比如极为常见。例如,假如长途传感器无需继续供电,那么它就不需求电池,而运用电池需求定时替换(若是原电池)或充电(若是可充电电池)。假如该长途传感器仅需求用户在其邻近时给出读数,则可按需进行无线供电。
咱们来看 LTC3588-1 纳安功耗能量搜集电源解决方案。尽管LTC3588-1开始为传感器(如压电、太阳能等)供电的能量搜集(EH)运用而规划,但它也可用于无线电源运用。图3显现了选用LTC3588-1的完好发射端和接纳端WPT解决方案。在发射端,运用根据 LTC6992 TimerBlox®硅振荡器的简略开环无线发射器。在此规划中,将驱动频率设置为216 kHz,低于LC谐振电路的谐振频率266 kHz。fLC_TX与fDRIVE的准确比值最好是凭经历来确认,旨在最大程度地减小由零电压开关(ZVS)引起的M1开关损耗。关于发射端线圈挑选和作业频率的规划考虑,与其他WPT解决方案没有什么不同,也就是说,在接纳端选用LTC3588-1并无任何共同之处。
Figure 3 WPT employing the LTC3588-1 to supply a regulated 3.3 V rail.
在接纳端,将LC谐振电路的谐振频率设置为与216 kHz的驱动频率持平。鉴于许多EH运用需求进行沟通到直流的整流(就像WPT相同),因而LTC3588-1现已内置了这项功用,答应LC谐振电路直接连接到LTC3588-1的PZ1和PZ2引脚。该整流为宽带整流:直流到>10 MHz。与LTC4123/LTC4124/LTC4126的VCC引脚相似, 将LTC3588-1的VIN引脚调理至适合为后端输出供电的电平。对LTC3588-1而言,是迟滞降压型DC-DC稳压器的输出而不是电池充电器的输出。可经过引脚挑选四种输出电压:1.8 V、2.5 V、3.3 V和3.6 V可选,接连输出电流高达100 mA。只需均匀输出电流不超越100 mA,就可以挑选巨细适宜的输出电容来供给较高的短期突发电流。当然,要彻底完成100 mA输出电流才能,还取决于是否具有恰当巨细的发射端、线圈对以及是否充沛耦合。
假如负载需求低于支撑的可用无线输入功率,则VIN电压会添加。尽管LTC3588-1集成了一个输入维护分流器,可在VIN电压上升至20 V时,供给高达25 mA的拉电流,但这个功用并非必需的。跟着VIN电压上升,接纳线圈上的峰值沟通电压也会上升,
这相当于可供给给LTC3588-1的沟通量下降,而不只是在接纳谐振电路中循环。假如在VIN上升至20 V之前就达到了接纳线圈的开路电压(VOC),则后端电路遭到维护,接纳端IC中不会发生热量形成能耗。测验成果:针对图3所示气隙为2 mm的运用,测得在3.3 V下可供给的最大输出电流为30 mA,而无负载时测得的VIN电压为9.1 V。当气隙挨近为零时,可供给的最大输出电流添加至大约90 mA,而无负载时的VIN电压仅添加至16.2 V,远低于输入维护分流电压(见图4)。
图4 在3.3 V下各种间隔可供给的最大输出电流。
针对选用无线电源的无电池运用,LTC3588-1供给了一种简略的集成解决方案,可供给低电流稳压电压轨,还带有完好的输入维护功用。