无线充电是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端进行充电的技术。该技术最大的困难在于,如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。对于无线通讯来说,电波的弥散可能是好事,但无线充电则恰恰相反。无线充电有望在其他领域也得到利用,例如电动汽车无线充电等领域。

原理图

电磁感应无线充电技术

电磁感应与电力系统中常用的变压器原理类似,在变压器的原边通入交变电流,副边会由于电磁感应原理感应出电动势,若副边电路连通,即可出现感应电流。电力系统中的电压、电流互感器也是采用了类似的原理。

对于无线充电而言,变压器的原边相当于电能发射线圈,副边相当于电能接收线圈,这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输充电。虽然电磁感应原理在电力系统中应用的初衷并不侧重于电能的传输,而是利用能量的转化改变电压、电流的数量级,但其对无线充电确实产生了一定的启发作用——尤其是电能的小功率、短距离充电。目前使用电磁感应无线充电技术的主要有电动牙刷,以及手机、相机、MP3等小型便携式电子设备,由充电底座对其进行无线充电。电能发射线圈安装在充电底座内,接收线圈则安装在电子设备中。

驱动

解码检测

谐振式无线充电技术

谐振式无线充电方式与无线通信原理类似,其发送端谐振回路的电磁波全方位开放式弥漫于整个空间,在接收端回路谐振在该特定的频率上,从而实现能量的传递。这种充电方式在接收端输出功率比较小时可以得到较高的传输效率。但其存在电磁辐射,充电功率越大,距离越远,效率越低,辐射就越严重。因此这种方式也是只适用于小功率、短距离的场合。

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磁耦合共振无线充电技术

磁耦合共振无线充电需要发射和接收两个共振系统,可分别由感应线圈制成。通过调整发射频率使发射端以某一频率振动,其产生的不是弥漫于各处的普通电磁波,而是一种非辐射磁场,即把电能转换成磁场,在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同,因而发生了共振。随着每一次共振,接收端感应器中会有更多的电压产生。经过产生多次共振,感应器表面就会集聚足够的能量,这样接收端在此非辐射磁场中接收能量,从而完成了磁能到电能的转换,实现了电能的无线充电。未被接收的能量被发射端重新吸收。这种非辐射电磁场的范围比较有限,不适用于长距离,要求发射端与接收端在感应线圈半径的8倍的距离之内。

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微波无线充电技术

上面几种无线充电技术适用的距离、传输的功率都比较小,要想实现长距离、大功率的电能无线充电,则可采用微波或激光的充电方式。由于微波或激光的波长比较短,故其定向性好,弥散小,可用于实现电能的远程传输充电。这种电能的传输充电系统由电源、电磁波发生器、发射天线、接收天线、高频电磁波整流器、变电设备和充电设备组成,其大致流程是:电源→电磁波发生器→发射天线→接收天线→整流器→变电→充电。

80W双线圈无线充电驱动

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