引言
很多產品都用電池作為主電源。當然，我們都知道那些名字以字母“i”開頭、有水果標識的產品。然而，還有大量不那么光鮮亮麗、但所提供的應用同樣很有價值的產品，它們也使用電池。我在談論的是便攜式醫療設備、工業傳感器甚至旋轉型或移動型設備。與和緩的消費者環境不同，這類應用具有更加嚴格的要求，例如需要消毒，甚至周圍環境可能引起爆炸，在煉油廠和化學處理設施中，就常見到這類環境。
在很多這類應用中，充電時難以或不能使用連接器。例如，有些產品需要密封罩，以保護敏感電子組件免受惡劣環境影響。還有一些產品也許只是太小，無法容納連接器。如果電池供電產品使用時涉及移動或旋轉動作，那就幾乎不可能用導線充電。
那么，還有哪些方法可用來應對這類環境? 一種顯然的方法是，去掉連接器并提供無線充電。在這類不能使用連接器的應用中，無線充電解決方案增加了價值、可靠性和堅固性。
無線功率傳輸
在這些不能使用連接器的情況下，如果無線充電是一種好的解決方案，那么什么是無線充電? 怎樣實現無線充電? 一種簡單直接的定義也許是：無線充電不使用人造導體，從電源向用電負載傳輸電能。
然而，這往往有點兒過于簡化了，無法顯示無線充電過程面臨的挑戰。因此，在繼續探討應對挑戰所受限制和應對方法之前，我想更深入地解釋一下。那么，讓我們從基礎知識開始：通過導體 (例如導線) 流動的電流攜帶電能。電流經過電路 (或導線時)，在導體周圍存在磁場。
在交流電流流過的電路中，導線附近存在一個隨時間變化的磁場。如果在這個隨時間變化的磁場中放置一塊導體，那么就會引起電流。
在電子系統中，一種常見的現象是電瞬態，例如來自外部的雷擊或電容器放電，電容器放電有可能是一種內部的重復干擾，例如點火系統的冷凝器放電。
磁場密度與導體中流過的電流之幅度成正比。通過上述定義的磁耦合，能量從產生磁場的導體 (主端) 傳送給受該磁場影響的任何導體 (副端)。在松耦合系統中，耦合系數很小，高頻電流不能沿導體傳送很長距離，會由于沿電纜的阻抗失配而快速失去能量，這使得能量被反射回最初的來源，或輻射到空氣中。參見圖 1，該圖顯示了通過磁場連接的松耦合繞組。應該特別提到的是，這個圖還顯示，該電路使用了 LTC4120，本文稍后將更詳細地討論這款器件。
圖 1：從主端發送線圈 (Tx) 向副端接收線圈 (Rx) 傳送無線功率，副端包括 LTC4120
用無線功率給電池充電
設計無線功率充電系統時，關鍵參數是實際上用來給電池增加能量之充電功率的大小。這一接收功率取決于很多因素，包括所傳輸功率的大小、發送線圈和接收線圈之間的距離和對準度 (又稱為線圈之間的耦合) 以及發送和接收組件的容限。
任何無線功率充電設計的主要目標都是，在最差的功率傳送條件下，確保提供所需功率。然而，同樣重要的是，在最好的條件下，避免熱壓力和電氣壓力過大。在輸出功率要求很低時，這一點尤其重要。例如，在電池滿充電或接近滿充電且線圈相互靠近時。在這種情況下，無線系統提供的可用功率很大，但是所需功率很小。一般情況下，這種多余的功率會導致很高的整流電壓，或者需要以熱量形式消耗這些多余的功率。
在所需接收器功率很小時，有幾種方法應對多余功率問題。可以用功率齊納二極管或瞬態電壓抑制器箝位整流電壓。然而，這種解決方案尺寸一般很大，產生相當大的熱量。可以降低發送器功率，但是這么做或者會限制可用接收功率，或者會縮短發送距離。也可以將所接收的功率送回發送器，并相應調節發送功率。無線充電聯盟 (Wireless Power Consortium) Qi 標準等無線功率充電標準采用的就是這種方法。不過，還可以用一種緊湊和高效的解決方案來解決這個問題，而無需求助于復雜的數字通信技術。通過在發送功率的微小變化通信的方法要求一個最少量的功率傳輸，并可能無法用于發送距離可變的系統。
一款易于使用、適合無線充電的 IC
為了實現這些目標，凌力爾特的 LTC4120 無線功率接收器和電池充電器集成了 PowerbyProxi 公司開發的技術，該公司是凌力爾特的技術合作伙伴。PowerbyProxi 獲得專利的動態協調控制 (Dynamic Harmonization Control - DHC) 技術實現了高效率非接觸式充電，不會產生接收器熱壓力或電氣壓力過大的問題。運用這種技術，可以在長達 1.2cm 的距離上傳送高達 2W 的功率。不過，就單節鋰離子電池而言，4.2V 最高充電電壓和 400mA 最大充電電流將使這一功率值限制到 1.7W。類似地，2W 最大功率將使兩節鋰離子電池 (8.4V 最高充電電壓) 的充電電流限制到 240mA。
功率、效率、范圍和尺寸這些參數決定了系統性能，因此基于 LTC4120 的無線功率系統被設計為，與幾種可選發送器之一使用時，通過長達 1.2cm 的距離，在電池端接收高達 2W 功率。所用方法和組件不同，效率計算會有很大不同。一般情況下，在基于 LTC4120 的系統中，對于饋送到發送器的 DC 輸入功率，電池將接收其 45% 至 55%。
與其他無線功率充電解決方案相比，嵌入到 LTC4120 中的 PowerbyProxi 的 DHC 微調技術帶來了顯著優勢。為了響應環境和負載變化，DHC 動態地改變接收器上諧振電路的諧振頻率。DHC 實現了更高的功率傳送效率、更小的接收器尺寸，該技術甚至允許更大的傳輸范圍。與其他無線功率傳送技術不同，DHC 將功率級管理作為感應電場管理的一部分，實現了內在功率級管理，從而在電池充電周期中，無需單獨的通信通道來證實接收器的存在或管理負載需求變化。
顯然，DHC 解決了所有無線功率系統的基本問題。每個系統都必須設計為，在給定最大發送距離上，接收一定量的功率。每個系統還必須設計為，在最短發送距離時，可承受無負載情況而不會損壞。其他同類解決方案用復雜的數字通信系統解決這一問題，提高了復雜性和成本，限制了功率傳輸距離。基于 LTC4120 的無線功率充電系統通過采用 PowerbyProxi 的 DHC 技術就可輕松地解決這一問題。
圖 2：LTC4120 應用原理圖，說明了一個完整的無線電池充電電路
凌力爾特與 PowerbyProxi 的合作
PowerbyProxi 自 2007 年以來，一直致力于為工業客戶提供無線功率充電解決方案。該公司沒有大量投資開展市場營銷，而是選擇自己開發和改進技術，然后與凌力爾特等業界領導者合作，向市場提供其技術和產品。該公司取得了巨大成功，擁有豐富的產品和技術，值得稱道。現在，PowerbyProxi 作為領先無線功率充電產品公司，已經獲得了全球認可。
凌力爾特與 PowerbyProxi 合作的關鍵原因之一是，該公司擁有大量知識產權和解決方案設計經驗，可為客戶提供業內領先的技術，還可確保其技術得到知識產權的全面支持。PowerbyProxi 有超過 30 項專利處于申請中，還有很多處于審查和備案階段，因此成為無線功率領域的領先創新公司和知識產權領導者。
結論
在給這種“i”開頭的產品或那種“機器人”進行無線充電的大眾消費市場以外，還有一類便攜式工業和醫療產品市場，在這類產品中，通過長達 1cm 左右的空氣隙或非鐵氧體材料給這類產品內部的電池無線充電是“必須具有”的要求。直到現在，設計工程師的選擇一直有限，這妨礙了最終產品的成功和可行性。幸運的是，凌力爾特最近推出了 LTC4120，因此情況將徹底改變。這一高度集成的 IC 可以無線接收從一個相距 1.2cm 的線圈發送的功率，并給電池充電，因此提供了一種簡單有效的解決方案。它是輕松搞定無線充電的典型 ── 無需連接器！ |
