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选用无线电源完成无电池使用

问题:我的应用没有电池。是否可以采用无线供电?答案:当然可以,可使用最初设计用于能量收集的简单的集成式纳安功耗解决方案。无线功率传输(WPT)系统由气隙分隔的两部分组成:发射(Tx)电路(包括发射线圈

问题:

我的运用没有电池。是否能够选用无线供电?

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答案:

当然能够,可运用开始规划用于能量搜集的简略的集成式纳安功耗解决方案。

无线功率传输(WPT)体系由气隙分隔的两部分组成:发射(Tx)电路(包含发射线圈)和接纳(Rx)电路(包含接纳线圈)(见图1)。与典型的变压器体系十分相似,发射线圈中发生的沟通电经过磁场感应在接纳线圈中生成沟通电。可是,与典型的变压器体系不同的是,原边(发射端)和副边(接纳端)之间的耦合程度一般很低。这是因为存在非磁性资料(空气)空隙。

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图1.无线功率传输体系。

现在大多数无线功率传输运用都选用无线电池充电器装备。可充电电池坐落接纳端,只需有发射端,就可对其进行无线充电。充电完成后,将电池与充电器别离,可充电电池即可为终端运用供电。后端负载既可直接连接到电池,也可经过PowerPath™抱负二极管直接连接到电池,或连接到充电器IC中集成的电池供电稳压器的输出端。在所有三种情况下(见图2),终端运用既可在充电器上运转,也可脱离充电器运转。

可是,假如特定运用底子没有电池,取而代之的是,当无线电源可用时,只需供给一个稳压的电压轨,那又会怎么呢?在长途传感器、计量、轿车确诊和医疗确诊范畴,此类运用的比如极为常见。例如,假如长途传感器无需继续供电,那么它就不需求电池,而运用电池需求定时替换(若是原电池)或充电(若是可充电电池)。假如该长途传感器仅需求用户在其邻近时给出读数,则可按需进行无线供电。

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图2.无线Rx电池充电器,后端负载连接到a)电池、b)PowerPath抱负二极管和c)稳压器输出端。

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图3.WPT选用LTC3588-1供给安稳的3.3 V电压轨。

咱们来看LTC3588-1纳安功耗能量搜集电源解决方案。尽管LTC3588-1开始为传感器(如压电、太阳能等)供电的能量搜集(EH)运用而规划,但它也可用于无线电源运用。图3显现了选用LTC3588-1的完好发射端和接纳端WPT解决方案。在发射端,运用根据LTC6992 TimerBlox®硅振荡器的简略开环无线发射器。在此规划中,将驱动频率设置为216 kHz,低于LC谐振电路的谐振频率266 kHz。fLC_TX与fDRIVE的准确比值最好是凭经历来确认,旨在最大程度地减小由零电压开关(ZVS)引起的M1开关损耗。关于发射端线圈挑选和作业频率的规划考虑,与其他WPT解决方案没有什么不同,也就是说,在接纳端选用LTC3588-1并无任何共同之处。

在接纳端,将LC谐振电路的谐振频率设置为与216 kHz的驱动频率持平。鉴于许多EH运用需求进行沟通到直流的整流(就像WPT相同),因而LTC3588-1现已内置了这项功用,答应LC谐振电路直接连接到LTC3588-1的PZ1和PZ2引脚。该整流为宽带整流:直流到>10 MHz。与LTC4123/LTC4124/LTC4126的VCC 引脚相似,将LTC3588-1的VIN引脚调理至适合为后端输出供电的电平。对LTC3588-1而言,是迟滞降压型DC-DC稳压器的输出而不是电池充电器的输出。可经过引脚挑选四种输出电压:1.8 V、2.5 V、3.3 V和3.6 V可选,接连输出电流高达100 mA。只需均匀输出电流不超越100 mA,就能够挑选巨细适宜的输出电容来供给较高的短期突发电流。当然,要彻底完成100 mA输出电流才能,还取决于是否具有恰当巨细的发射端、线圈对以及是否充沛耦合。

假如负载需求低于支撑的可用无线输入功率,则VIN电压会添加。尽管LTC3588-1集成了一个输入维护分流器,可在VIN电压上升至20 V时,供给高达25 mA的拉电流,但这个功用并非必需的。跟着VIN电压上升,接纳线圈上的峰值沟通电压也会上升,这相当于可供给给LTC3588-1的沟通量下降,而不只是在接纳谐振电路中循环。假如在VIN上升至20 V之前就达到了接纳线圈的开路电压(VOC),则后端电路遭到维护,接纳端IC中不会发生热量形成能耗。

测验成果:针对图3所示气隙为2 mm的运用,测得在3.3 V下可供给的最大输出电流为30 mA,而无负载时测得的VIN电压为9.1 V。当气隙挨近为零时,可供给的最大输出电流添加至大约90 mA,而无负载时的VIN电压仅添加至16.2 V,远低于输入维护分流电压(见图4)。

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图4.在3.3 V下各种间隔可供给的最大输出电流。

针对选用无线电源无电池运用,LTC3588-1供给了一种简略的集成解决方案,可供给低电流稳压电压轨,还带有完好的输入维护功用。

Mark   Vitunic [mark.vitunic@analog.com]是ADI公司Power by Linear™部分的规划司理。他于2017年正式参加ADI公司(随ADI收买凌力尔特公司参加),之前他已在凌力尔特公司作业了19年。Mark担任办理美国马萨诸塞州北切姆斯福德和德国慕尼黑的很多项目开发作业,专心于无线功率传输、超低功耗IC、能量搜集、自动电池平衡和多通道DC-DC稳压器开发。Mark具有卡内基梅隆大学电气工程学士学位和加州大学伯克利分校电气工程硕士学位。

Mark Vitunic

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