在很多應用中,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(huán)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(huán)境?
無線功率傳輸
磁場密度與導體中流過的電流之幅度成正比。通過磁耦合,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(tǒng)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。圖1顯示了通過磁場連接的松耦合繞組。該電路使用了LTC4120。
一款易于使用、適合無線充電的IC
為了實現無線充電,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(fā)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(tài)協(xié)調控制DHC(Dynamic Harmonization Control)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1.2 cm的距離上傳送高達2 W的功率。不過,就單節(jié)鋰離子電池而言,4.2 V最高充電電壓和400 mA最大充電電流將使這一功率值限制到1.7 W。類似地,2 W最大功率將使兩節(jié)鋰離子電池(8.4 V最高充電電壓)的充電電流限制到240 mA。
功率、效率、范圍和尺寸這些參數決定了系統(tǒng)性能,因此基于LTC4120的無線功率系統(tǒng)被設計為與幾種可選發(fā)送器之一使用時,通過長達1.2 cm的距離,在電池端接收高達2 W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(tǒng)中,對于饋送到發(fā)送器的DC輸入功率,電池將接收其45%~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(yōu)勢。為了響應環(huán)境和負載變化,DHC動態(tài)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(tǒng)的基本問題。每個系統(tǒng)都必須設計為在給定最大發(fā)送距離上,接收一定量的功率。每個系統(tǒng)還必須設計為在最短發(fā)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(tǒng)解決這一問題,復雜性和成本都較高,并限制了功率傳輸距離?;贚TC4120的無線功率充電系統(tǒng)通過采用PowerbyProxi的DHC技術就可輕松地解決這一問題。LTC4120應用原理圖如圖2所示。
在便攜式工業(yè)和醫(yī)療產品中,通過長達1 cm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,因此這種情況將得到徹底改變。這一高度集成的IC可以無線接收從一個相距1.2 cm的線圈發(fā)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。