凌力爾特公司 Tony Armstrong

在很多應(yīng)用中，充電時(shí)難以或不能使用連接器。例如，有些產(chǎn)品需要密封罩，以保護(hù)敏感電子組件免受惡劣環(huán)境影響。還有一些產(chǎn)品也許只是太小，無(wú)法容納連接器。如果電池供電產(chǎn)品使用時(shí)涉及移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，那就幾乎不可能用導(dǎo)線充電。那么，還有哪些方法可用來(lái)應(yīng)對(duì)這類環(huán)境?

無(wú)線功率傳輸

磁場(chǎng)密度與導(dǎo)體中流過(guò)的電流之幅度成正比。通過(guò)磁耦合，能量從產(chǎn)生磁場(chǎng)的導(dǎo)體(主端)傳送給受該磁場(chǎng)影響的任何導(dǎo)體(副端)。在松耦合系統(tǒng)中，耦合系數(shù)很小，高頻電流不能沿導(dǎo)體傳送很長(zhǎng)距離，會(huì)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(lái)源，或輻射到空氣中。圖1顯示了通過(guò)磁場(chǎng)連接的松耦合繞組。該電路使用了LTC4120。

圖1 無(wú)線功率傳輸原理圖

一款易于使用、適合無(wú)線充電的IC

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電，凌力爾特的 LTC4120無(wú)線功率接收器和電池充電器集成了 PowerbyProxi公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)，該公司是凌力爾特的技術(shù)合作伙伴。PowerbyProxi獲得專利的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制DHC(Dynami Harmonization Control)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效率非接觸式充電不會(huì)產(chǎn)生接收器熱壓力或電氣壓力過(guò)大的問(wèn)題。運(yùn)用種技術(shù)，可以在長(zhǎng)達(dá)1.2 cm的距離上傳送高達(dá)2 W的率。不過(guò)，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(shù)決定了系統(tǒng)性能，因此基于LTC4120的無(wú)線功率系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為與幾種可選發(fā)送器之一使用時(shí)，通過(guò)長(zhǎng)達(dá)1.2 cm的距離，在電池端接收高達(dá)2 W功率。所用方法和組件不同，效率計(jì)算會(huì)有很大不同。一般情況下，在基于LTC4120的系統(tǒng)中，對(duì)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(wú)線功率充電解決方案相比，嵌入到LTC4120中的PowerbyProxi的DHC微調(diào)技術(shù)帶來(lái)了顯著優(yōu)勢(shì)。為了響應(yīng)環(huán)境和負(fù)載變化，DHC動(dòng)態(tài)地改變接收器上諧振電路的諧振頻率。DHC實(shí)現(xiàn)了更高的功率傳送效率、更小的接收器尺寸，該技術(shù)甚至允許更大的傳輸范圍。與其他無(wú)線功率傳送技術(shù)不同，DHC將功率級(jí)管理作為感應(yīng)電場(chǎng)管理的一部分，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)在功率級(jí)管理，從而在電池充電周期中，無(wú)需單獨(dú)的通信通道來(lái)證實(shí)接收器的存在或管理負(fù)載需求變化。

顯然，DHC解決了所有無(wú)線功率系統(tǒng)的基本問(wèn)題。每個(gè)系統(tǒng)都必須設(shè)計(jì)為在給定最大發(fā)送距離上，接收一定量的功率。每個(gè)系統(tǒng)還必須設(shè)計(jì)為在最短發(fā)送距離時(shí)，可承受無(wú)負(fù)載情況而不會(huì)損壞。其他同類解決方案用復(fù)雜的數(shù)字通信系統(tǒng)解決這一問(wèn)題，復(fù)雜性和成本都較高，并限制了功率傳輸距離。基于LTC4120的無(wú)線功率充電系統(tǒng)通過(guò)采用PowerbyProxi的DHC技術(shù)就可輕松地解決這一問(wèn)題。LTC4120應(yīng)用原理圖如圖2所示。

圖2 LTC4120應(yīng)用原理圖

在便攜式工業(yè)和醫(yī)療產(chǎn)品中，通過(guò)長(zhǎng)達(dá)1 cm左右的空氣隙或非鐵氧體材料給這類產(chǎn)品內(nèi)部的電池?zé)o線充電是“必須具有”的要求。直到現(xiàn)在，設(shè)計(jì)工程師的選擇一直有限，這妨礙了最終產(chǎn)品的成功和可行性。幸運(yùn)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(wú)線接收從一個(gè)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(jiǎn)單有效的解決方案。