使用無線電源實現(xiàn)無電池應用

無線電力傳輸 （WPT） 系統(tǒng)由氣隙隔開的兩部分組成：帶有發(fā)射線圈的發(fā)射器 （Tx） 電路和帶有接收線圈的接收器 （Rx） 電路（見圖 1）。與典型的變壓器系統(tǒng)非常相似，發(fā)射線圈中產(chǎn)生的交流電通過磁場在接收線圈中感應交流電。然而，與典型的變壓器系統(tǒng)不同，初級（發(fā)射器）和次級（接收器）之間的耦合通常非常低。這是由于非磁性材料（空氣）間隙造成的。

圖1.無線電力傳輸系統(tǒng)。

目前使用的大多數(shù)無線電力傳輸應用都配置為無線電池充電器?？沙潆婋姵匚挥诮邮掌鱾?cè)，只要有發(fā)射器，就可以無線充電。充電完成后，當電池隨后從充電器中取出時，可充電電池隨后為最終應用供電。下游負載可以直接連接到電池，也可以通過 PowerPath? 理想二極管間接連接到電池，也可以連接到集成在充電器 IC 中的電池供電穩(wěn)壓器的輸出。在所有三種情況下（見圖2），最終應用都可以在充電器上運行。

圖2.無線 Rx 電池充電器，其下游負載連接到 a） 電池、b） PowerPath 理想二極管和 c） 穩(wěn)壓器輸出。

但是，如果特定應用根本沒有電池，而只需要在無線電源可用時提供穩(wěn)定的電壓軌，該怎么辦？此類應用的例子在遠程傳感器、計量、汽車診斷和醫(yī)療診斷中比比皆是。例如，如果遠程傳感器不需要連續(xù)供電，那么它就不必有電池，電池需要定期更換（如果是原電池）或充電（如果它是可充電的）。如果該遠程傳感器只需要在用戶在其附近時提供讀數(shù)，則可以按需無線供電。

圖3.WPT采用LTC3588-1提供穩(wěn)定的3.3 V電源軌。

進入LTC3588-1毫微功耗能量收集電源。雖然 LTC3588-1 最初設計用于由傳感器 （例如，壓電、太陽能等） 供電的能量收集 （EH） 應用，但它也可用于無線電源。圖 3 顯示了采用 LTC3588-1 的完整發(fā)射器加接收器 WPT 解決方案。在發(fā)送器側(cè)，使用基于LTC6992TimerBlox? 硅振蕩器的簡單開環(huán)無線發(fā)送器。對于此設計，驅(qū)動頻率設置為216 kHz，低于LC諧振電路266 kHz。fLC_TX與fDRIVE的確切比率最好根據(jù)經(jīng)驗確定，目的是將零電壓開關（ZVS）引起的M1開關損耗降至最低。發(fā)射器側(cè)在線圈選擇和工作頻率方面的設計考慮與其他WPT解決方案沒有什么不同：也就是說，在接收器側(cè)安裝LTC3588-1并沒有什么獨特之處。

在接收器側(cè)，LC諧振頻率設置為等于216 kHz的驅(qū)動頻率。由于許多 EH 應用需要交流至直流整流 （就像 WPT 一樣），因此 LTC3588-1 已經(jīng)具有此內(nèi)置功能，從而允許 LC 諧振電路直接連接至 LTC3588-1 的 PZ1 和 PZ2 引腳。整流為寬帶：直流至》10 MHz。 與 LTC4123 /LTC4124 / LTC4126 上的 VCC 引腳類似，LTC3588-1 上的 VIN 引腳被調(diào)節(jié)到適合于為其下游輸出供電的水平。在 LTC3588-1 的情況下，輸出是一個遲滯降壓型 DC-DC 穩(wěn)壓器，而不是一個電池充電器。提供四種引腳可選輸出電壓：1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 3.6 V，連續(xù)輸出電流高達 100 mA。輸出電容的尺寸可以調(diào)整，以提供更高的短期電流突發(fā)，前提是平均輸出電流不超過100 mA。當然，實現(xiàn)完整的100 mA輸出電流能力取決于是否具有適當尺寸的發(fā)射器、線圈對和足夠的耦合。

如果負載需求小于可用的無線輸入功率可以支持，則VIN電壓將增加。盡管LTC3588-1集成了一個輸入保護分流器，如果VIN電壓升至20 V，該分流器可吸收高達25 mA的電流，但可能不需要此功能。隨著 VIN 電壓的升高，接收器線圈上的峰值交流電壓也會上升，這相當于輸送到 LTC3588-1 的交流電量下降，而不是簡單地在接收器槽中循環(huán)。如果在VIN上升到20 V之前達到接收器線圈的開路電壓（VOC），則下游電路受到保護，接收器IC中沒有浪費的熱量。

測試結果：對于圖3所示氣隙為2 mm的應用，在3.3 V時測得的最大可交付輸出電流為30 mA，測得的空載VIN電壓為9.1 V。對于接近零氣隙，最大可輸送輸出電流增加到約90 mA，而空載VIN電壓增加到僅16.2 V，遠低于輸入保護分流電壓（見圖4）。

圖4.不同距離的最大輸出電流為 3.3 V。

對于可提供無線電源的無電池應用，LTC3588-1 提供了一個簡單的集成式解決方案，用于提供具有完整輸入保護的低電流穩(wěn)壓軌。

審核編輯：郭婷