Eko Lisuwandi 凌力尔特公司电源产品部 规划部分负责人
布景信息
电池在日常设备中的运用变得越来越遍及了。在许多这类产品中，充电连接器是难以或无法运用的。例如，有些产品需求密封机壳，以针对严厉环境保护灵敏的电子组件，以及答应便当地清洁或消毒。另一些产品或许是因为太小而包容不下连接器，并且假如电池供电运用包含移动或旋转部件，那么在这类运用的产品中，就不必再考虑有线充电的或许性了。在这类以及其他一些运用中，无线充电很有用，进步了牢靠性和巩固性。
无线功率传送有许多办法。在不到几英寸的短间隔上，常用电容或电感耦合。本文中评论的是运用电感耦合的解决方案。
在典型的电感耦合无线功率传送体系中，AC 磁场由发送线圈发生，然后该磁场再在接纳线圈中引起 AC 电流，就像一个典型的变压器体系。变压器体系与无线功率传送体系的首要差别是，在无线功率传送体系中，用空气隙或其他非磁性资料构成的空隙阻隔发送器和接纳器。此外，发送线圈和承受线圈之间的耦合在典型状况下是十分弱的。0.95 至 1 的耦合在变压器体系中很常见，但在无线功率传送体系中，耦合系数则在 0.8 到低至 0.05 之间。
无线电池充电的基本原理
无线功率传送体系由两部分组成，中心由空气隙离隔：发送 (Tx) 电路，包含一个发送线圈；接纳 (Rx) 电路，包含一个接纳线圈。
当规划无线功率传送电池充电体系时，首要参数是真实给电池添加能量的功率之巨细。这一接纳到的功率取决于许多要素，包含：
·发送功率的巨细；
·发送线圈和接纳线圈之间的间隔和对准度，常常用两个线圈之间的耦合因数表明；
·发送和接纳组件的容限。
任何无线功率发送器规划的首要方针都是，发送电路能够发生强壮的磁场，以保证在最差的功率传送条件下，供给所需接纳功率。不过，相同重要的是，在最佳状况下，要避免接纳器过热以及电气压力过大。当输出功率要求较低，耦合较强时，这一点特别重要。一个比如是，电池充满电且 Rx 线圈接近 Tx 线圈放置时的电池充电器。
用 LTC4125 完成简略但完好的发送器解决方案
发送器 IC 专为与凌力尔特产品库中多种不同电池充电器 IC 配套运用而规划，这配套器材作为接纳器，例如 LTC4120，其为一款无线功率接纳器和电池充电器 IC。
AIR GAP：空气隙
SINGLE CELL Li-Ion BATTERY PACK：单节锂离子电池包
图 1：在一个把 LTC4120-4.2 作为接纳器上的 400mA 单节锂离子电池充电器的无线功率体系中，LTC4125 在 103kHz 驱动一个 24μH 发送线圈，并选用 1.3A 输入电流门限，119kHz 频率限值和 41.5ºC 发送线圈表面温度限值
LTC4125 供给一个简略、强壮和安全的无线功率发送器电路所需的悉数功用。特别是，该器材能够依照接纳器负载需求调理输出功率，以及检测传导性异物的存在。
如之前说到的那样，无线电池充电器体系中的发送器需求发生一个强壮的磁场，以保证在最差功率传送条件下，供给所需接纳功率。为了完成这个方针，LTC4125 选用了凌力尔特公司专有的 AutoResonant 技能。
图 2：LTC4125 AutoResonant 驱动电路
LTC4125 AutoResonant 驱动电路保证每个 SW 引脚的电压一直与进入该引脚的电流同相。参见图 2：当电流从 SW1 流向 SW2 时，开关 A 和 C 接通，开关 D 和 B 断开，反之亦然。用这种办法逐周期确定驱动频率，可保证 LTC4125 一直以谐振频率驱动外部 LC 网络。这一点总是能够保证，即便在接连地改动影响 LC 谐振电路谐振频率的变量时也不破例，例如温度和邻近接纳器的反射阻抗。
运用这种技能，LTC4125 接连调理集满足桥式开关电路的驱动频率，以匹配串联 LC 网络的实践谐振频率。经过这种办法，无需很高的 DC 输入电压，也不需求精确度很高的 LC 值，LTC4125 就能够在发送器线圈中高效地发生一个起伏很大的 AC 电流。
经过改动全桥式开关电路的占空比，LTC4125 还调理串联 LC 网络波形的脉冲宽度。经过调高占空比，串联 LC 网络发生更大的电流，因而可向接纳器负载供给更大的功率。
图 3：LTC4125 脉冲宽度扫描 —— 随占空比进步，Tx 线圈中的电压和电流增大
LTC4125 周期性地扫描占空比，以针对接纳器负载状况找到最佳作业点。这种最佳功率点查找在所有作业状况下都容许很大的空气隙和线圈之间较大的错位，一起避免接纳器电路过热和电气压力过大。扫描周期很容易用单个外部电容器设定。
图 1 所示体系能够容许相当大的线圈错位。当线圈错位明显时，LTC4125 能够调理所发生的磁场强度，以保证 LTC4120 接纳悉数充电电流。在图 1 所示体系中，能够在长达 12mm 的间隔上传送高达 2W 的功率。
传导性异物检测
就任何可行的无线功率传送电路而言，另一个必不可少的特点是，能够在发送线圈发生的磁场中检测传导性异物的存在。用来向接纳器供给超越几百毫瓦功率的发送电路，有必要能够检测传导性异物的存在，以避免在异物中构成涡流，引起不期望呈现的温度升高。
LTC4125 的 AutoResonant 架构答应该 IC 以共同的办法检测传导性异物的存在。传导性异物会下降串联 LC 网络中的有用电感值。这导致 AutoResonant 驱动器进步集满足桥式电路的驱动频率。
图 4：有与没有传导性异物存在时，LTC4125 发送器 LC 谐振电路电压的频率比较
TANK VOLTAGE：谐振电路电压
WITHOUT: 40V PEAK TO PEAK 103kHZ：没有传导性异物：40V 峰值至峰值，103kHz
WITH: 4V PEAK TO PEAK 303kHz：有传导性异物：4V 峰值至峰值，303kHz
TIME：时刻
图 4 所示图形比较了有和没有传导性异物存在时，经过发送线圈所发生电压的频率。
LTC4125 经过一个电阻分压器设定频率约束，在 AutoResonant 驱动超越这一频率约束期间，将驱动脉冲宽度减小到零。当 LTC4125 检测到传导性异物存在时，就以这种办法中止传送功率。
请注意，经过运用这种频率移动现象检测传导性异物的存在，就能够直接在检测灵敏度与谐振电容器(C) 及发送线圈电感 (L) 的组件容限之间做出权衡。就每个 L 和 C 值 5% 的典型初始容限而言，这一频率约束能够设定为比预期的典型 LC 值构成的固有频率高 10%，以完成灵敏度合理的异物检测和牢靠的发送器电路规划。不过，也能够运用更严厉的 1% 容限组件，一起频率约束设定为仅比预期的典型固有频率高 3%，以完成更高的检测灵敏度，一起依然坚持规划的牢靠巩固性。
功率改变的灵活性和功用
经过简略地改动电阻器和电容器的值，相同的运用电路就能够与不同的接纳器 IC 配对运用，以完成更高瓦数的充电。
图 5：在这个无线功率传送体系中，LTC4125 以 103kHz 频率驱动 24μH 发送线圈，频率约束为 119kHz，发送线圈表面温度约束为 41.5ºC，在接纳器端，LT3652HV 作为 1A 单节 LiFePO4 (3.6V 浮置电压) 电池充电器运用
AIR GAP：空气隙
SYSTEM LOAD：体系负载
SINGLE LiFePO4 CELL：单节LiFePO4 电池
因为在发送电路上选用了高功率全桥式驱动器，接纳电路选用了高功率降压型开关拓扑，所以可完成高达 70% 的整体体系功率。这个整体体系功率是用发送电路的 DC 输入和接纳电路的电池输出核算得出的。请注意，两个线圈的品质因数以及它们的耦合对体系的整体功率和对电路其余部分是相同重要的。
无需在发送器和接纳器线圈之间进行任何直接通讯，就可完成 LTC4125 所有这些功用。这样一来，就能够进行简略的运用规划，包括高达 5W 的各种功率需求以及许多不同的实践线圈组织办法。
图 6：选用 LTC4125典型和完好的无线功率发送器电路板
图 6 显现，典型 LTC4125 运用电路的整体尺度很小，也很简略。如之前说到的那样，大部分功用都可经过外部电阻器或%&&&&&%器定制。
定论
LTC4125 是一款强壮的新式 %&&&&&%，供给了构成一个安全、简略和高功率的无线功率发送器所需的悉数功用。AutoResonant 技能、最佳功率查找和根据频率改变的传导性异物检测，减轻了具有杰出间隔和错位容限的全功用无线功率发送器的规划担负。就牢靠的无线功率发送器规划而言，LTC4125 是一种简洁、特殊的挑选。
