无线输电的概念为人所知已有一段时间,事实上超过了 100 年,可追溯到特斯拉线圈电路的发明。无线输电或电感耦合概念的实现, 也许最常见于给电动牙刷供电的家用设施。
无线功率传输的关键指标是效率 — 发生器传输的能量的大部分必须到 达接收器,才能使系统有效。 可用于提供近场无线功率传输的两种电 感耦合过程,是标准电感耦合和共振电感耦合。 一般来说,标准电感 耦合效率低得多,且在相对较短的通信距离上可行,因为大多数磁通 量未在线圈之间链接,且磁场衰减很快。 增强型的共振电感耦合提供 更高的效率(高达 95%),且在如几米等相对较长的距离上也有效, 因为允许能量在线圈之间传输,共振线圈的使用显著减少了能量损失。
标准电感耦合
当配置以使它们使用电磁感应,即流经一条电线的电流的改变在另一 条电线的两端感应出电压时,标准电感耦合使用两根导线,被认为是 互感耦合或磁性耦合。 导体之间感应的耦合水平是它们的互感。 将电 线绕成线圈,并将它们放在共同的轴上挨在一起,以使一个线圈的磁 场穿过另一个线圈,可以增加耦合。 短距离内使用低频能源,这种形 式的电感耦合很有效。 使用标准电感耦合的无线互连的优点,是可在 低功率时实现高性能、小尺寸。
共振电感耦合
共振用来增加可以进行高效功率传输的距离。 在中距离,可使用共振 电感耦合产生近场无线电能传输,它同样采用双线圈结构。 然而,这 一次调整了线圈以在相同的频率共振,产生具有高 Q 值的共振或谐振 变压器。 功率在两个共振线圈之间传输。 通过使用振荡电流使线圈“ 回响”,它将产生振荡磁场。 由于线圈高度共振,所以线圈中的能量 减弱相对较慢,但是将第二个线圈放在第一个附近,大部分能量在丢 失之前将传输到第二个线圈。 即使分开一段距离放置线圈,这也可能 发生。
在半导体方面,德州仪器目前在其 bqTESLA 无线功率产品组合中使用 了磁共振技术,包括用于非接触式充电集成的接收器和发射器 IC。 这 允许用高达 93% 的峰值效率给便携式电子设备充电,在减少系统内热 量上升的同时,充电速率可与标准的交流电适配器媲美。
应用
Duracell Power WiCC(无线充电卡)
对无线电源的许多可能性创新应用的兴趣日益增加,包括零售业,其 中的设备或产品可在货架上的同时无线供电或充电。 例如,装有芯片 的智能杂志由它们依靠的货架供电,旨在吸引潜在买家的注意,通过 亮起封面添加更多趣味;或者电池供电的玩具自动进行充电,随时准 备好演示。
一个非常有趣的应用是,用放在设备上的充电套给智能手机或其他移 动消费设备充电,这包含一半的充电技术,即电感耦合概念中使用的 线圈之一,提供无线功率传输。 Panasonic 和 Duracell 之类的公司正 在进一步推动这项技术。 Panasonic 最近展示了太阳能感应充电桌, 只需将移动设备放在桌上,就能够给它们充电。 桌子上的充电板直接 与设备的电池相连,无需套筒、其他耦合或第三方附件,因为接收器 电路已集成到电池自身中。 这类产品可能在餐厅、咖啡厅或机场休息 室,以及人们希望为移动设备补充电力的许多公共场所,大受欢迎。 Duracell 最近发布了它的 Power WiCC(无线充电卡),外形超薄, 可适应各种移动设备,包括所有必要的无线充电电路,同时也可作为 NFC(近场通信)天线。
标准
对未来行业采纳非常重要,给低功耗设备充电的标准已由无线电源协 会 (WPC) 发布,其成立于 2008 年,致力于无线充电技术的全球标准 化。 该标准在提供功率和接收它的设备之间创建互操作性, 目前正扩 展到中等功耗应用。 原来的低功耗规格最多提供 5W 功率,而中等功 耗规格旨在提供高达 120W 功率,特别适合厨房用具。
电动汽车和未来
最后非常令人兴奋的领域是电动车的无线充电,充电点可放置在个人 车库或公共车位。 充电点不一定需要精确对齐汽车下面的接收器。 长期来看,受制于有待地方和国家管理层克服的一些问题,正在考 虑微充电版本在普通公路中嵌入充电板的可能,使 EV/HEV 汽车甚 至可以在移动中充电。 显然,这种情景有些遥远,但是该技术的潜 力非常巨大。
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