通過(guò)無(wú)線電源實(shí)現(xiàn)無(wú)電池應(yīng)用

Mark Vitunic

無(wú)線電力傳輸 （WPT） 系統(tǒng)由氣隙隔開(kāi)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(jiàn)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(guò)磁場(chǎng)在接收線圈中感應(yīng)交流電。然而，與典型的變壓器系統(tǒng)不同，初級(jí)（發(fā)射器）和次級(jí)（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(wú)線電力傳輸系統(tǒng)。

目前使用的大多數(shù)無(wú)線電力傳輸應(yīng)用都配置為無(wú)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(wú)線充電。充電完成后，當(dāng)電池隨后從充電器中取出時(shí)，可充電電池隨后為最終應(yīng)用供電。下游負(fù)載可以直接連接到電池，也可以通過(guò) 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(jiàn)圖2），最終應(yīng)用都可以在充電器上運(yùn)行。

圖2.無(wú)線 Rx 電池充電器，其下游負(fù)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(yīng)用根本沒(méi)有電池，而只需要在無(wú)線電源可用時(shí)提供穩(wěn)定的電壓軌，該怎么辦？此類應(yīng)用的例子在遠(yuǎn)程傳感器、計(jì)量、汽車(chē)診斷和醫(yī)療診斷中比比皆是。例如，如果遠(yuǎn)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(yuǎn)程傳感器只需要在用戶在其附近時(shí)提供讀數(shù)，則可以按需無(wú)線供電。

進(jìn)入 LTC3588-1 毫微功耗能量收集電源。雖然 LTC3588-1 最初設(shè)計(jì)用于由傳感器 （例如，壓電、太陽(yáng)能等） 供電的能量收集 （EH） 應(yīng)用，但它也可用于無(wú)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 LTC6992 TimerBlox 硅振蕩器的簡(jiǎn)單開(kāi)環(huán)無(wú)線發(fā)送器。對(duì)于此設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)置為216 kHz，低于LC諧振電路266 kHz。f的精確比率?LC_TX到 f駕駛最好根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，目標(biāo)是最大限度地減少由于零電壓開(kāi)關(guān) （ZVS） 引起的 M1 中的開(kāi)關(guān)損耗。發(fā)射器側(cè)在線圈選擇和工作頻率方面的設(shè)計(jì)考慮與其他WPT解決方案沒(méi)有什么不同：也就是說(shuō)，在接收器側(cè)安裝LTC3588-1并沒(méi)有什么獨(dú)特之處。

圖3.WPT采用LTC3588-1提供穩(wěn)定的3.3 V電源軌。

在接收器側(cè)，LC諧振頻率設(shè)置為等于216 kHz的驅(qū)動(dòng)頻率。由于許多 EH 應(yīng)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。整流是寬帶的：直流至>10 MHz。 與 V 相似抄送LTC4123 / LTC4124 / LTC4126 上的引腳，V在LTC3588-1 上的引腳被調(diào)節(jié)到適合于為其下游輸出提供電源的水平。在 LTC3588-1 的情況下，輸出是一個(gè)遲滯降壓型 DC-DC 穩(wěn)壓器，而不是一個(gè)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(dá) 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(guò)100 mA。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)完整的100 mA輸出電流能力取決于是否具有適當(dāng)尺寸的發(fā)射器、線圈對(duì)和足夠的耦合。

如果負(fù)載需求小于可用的無(wú)線輸入功率可以支持，則V在電壓會(huì)增加。盡管LTC3588-1集成了一個(gè)輸入保護(hù)分流器，如果VIN電壓上升到20 V，此功能可能沒(méi)有必要。作為 VIN電壓上升，接收器線圈上的峰值交流電壓也會(huì)上升，這對(duì)應(yīng)于輸送到 LTC3588-1 的交流電量下降，而不是簡(jiǎn)單地在接收器槽中循環(huán)。如果在V之前達(dá)到接收器線圈的開(kāi)路電壓（VOC）在電壓升至20 V，下游電路受到保護(hù)，接收器IC中沒(méi)有浪費(fèi)熱量。

測(cè)試結(jié)果：對(duì)于圖3所示氣隙為2 mm的應(yīng)用，在3.3 V時(shí)測(cè)得的最大可交付輸出電流為30 mA，測(cè)得的空載V在電壓為 9.1 V。對(duì)于接近零的氣隙，最大可交付輸出電流增加到約90 mA，而空載V則在電壓僅增加到16.2 V，遠(yuǎn)低于輸入保護(hù)分流電壓（見(jiàn)圖4）。

圖4.不同距離的最大輸出電流為 3.3 V。

對(duì)于可提供無(wú)線電源的無(wú)電池應(yīng)用，LTC3588-1 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的集成式解決方案，用于提供具有完整輸入保護(hù)的低電流穩(wěn)壓軌。

審核編輯：郭婷