无线充电技术近年来备受关注,尤其是在供电品质要求越来越高和特殊场合供电需求的推动下。由于传统的接触式电能传输方式无法满足现代多种场合的使用需求,无线充电技术的应用显得尤为重要。无线充电系统在设计时需要考虑的关键技术包括无线能量传输、目标物识别、电路安全性、信号通信等。
无线充电系统主要通过发射电磁波能量来传输电能,但这种方式存在一些问题。例如,当发射器上没有放充电装置时,系统依然会发射能量,导致能源浪费和辐射污染。更为严重的是,当发射器上放置金属异物时,电磁波可能会对其加热,这不仅会烧毁装置,还可能引发火灾。为了解决这些问题,无线充电系统必须具备识别功能,确保只有正确的目标物放置在发射器上时才进行充电。
常用的身份识别方法包括磁力激活法、射频识别(RFID)法以及感应线圈上的资料传送法。磁力激活法是通过在受电端安装磁铁,当发射端感应到磁力后发送能量。射频识别法通过RFID技术加强电路安全。而感应线圈上的资料传送法利用原副线圈内的电力传输,将资料码一起传送。这种传输方式虽然最安全,但也最复杂和难以实现,因为需要处理高能量电力传输、系统噪声及负载电流变化等干扰因素。
为了解决这些问题,设计者提出了基于原边电压采样电路的低频身份识别电路。无线充电通信标准,如无线充电联盟(WPC)制定的QI标准,通过电感耦合实现了两平面线圈间的电力传输,将功耗控制在0~5W的范围内。在这种系统中,原副线圈之间的距离通常为5mm,并采用全局数字控制环路进行输出电压调节。电力接收器与发送器之间通过反向散射调制进行通信,这是一种单向通信方式,在这种通信中,电力接收器调整负载以改变电力发送器的电流消耗,从而实现信息的传递。
通信协议包括模拟、数字声脉冲(ping)、身份识别、配置和电力传输等。当电力接收器放置在电力发送器上时,系统会按以下顺序启动:首先是模拟ping检测到对象的存在,随后是数字ping检测信号强度包的有效性,并由电力发送器保持线圈通电进行下一步骤。接着是身份识别和配置阶段,电力接收器发送数据包进行身份识别,并向电力发送器提供配置信息。在电力传输阶段,电力接收器发送控制误差包以调整电力输出。在正常运行期间,控制误差包的发送间隔大约为250ms,而在大信号变化期间则缩短至32ms。电力发送器在正常运行期间,大约每隔5秒发送一次电力包。若电力接收器发送“终止充电”消息或1.25秒内不进行通信,电力发送器将进入低功耗状态。
无线充电技术目前正被应用于多种产品和场合,包括手机、电动汽车、医疗设备、可穿戴设备等。随着研究的不断深入和技术的进步,无线充电技术在未来有望得到更广泛的应用。但同时,研发人员还需不断改进无线充电技术,提高能量传输的效率和安全性,以满足市场和用户的需求。