無(wú)線充電的壯大，有線充電終結(jié)
無(wú)線充電的壯大，有線充電終結(jié)
盡管目前有線充電仍然占據(jù)大頭，但無(wú)線充電的更大便利性正在加大無(wú)線充電的市場(chǎng)。
深圳市一鑫創(chuàng)研無(wú)線充電器廠家認(rèn)為尼古拉·特斯拉是對(duì)的，事實(shí)證明我們可以無(wú)線傳輸電能。他在19世紀(jì)晚期以多種方式證明了這一點(diǎn)。然而，像往常一樣，他走在了時(shí)代的前面。直到最近，這些工作通常都是失敗、被忽視或被解雇的。現(xiàn)在，研究人員和開(kāi)發(fā)人員終于找到了讓無(wú)線傳輸以實(shí)際方式進(jìn)行的方法。
無(wú)線電力傳輸主要用于在難以置信的產(chǎn)品范圍內(nèi)充電。最早的應(yīng)用是在電動(dòng)牙刷和剃須刀中使用簡(jiǎn)單的感應(yīng)充電器。如今，大多數(shù)無(wú)線充電器都是智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備，甚至是筆記本電腦。其他消費(fèi)者目標(biāo)包括助聽(tīng)器和高爾夫球車。對(duì)混合動(dòng)力汽車(HEVs)和全電動(dòng)汽車(EVs)的無(wú)線充電是有意義的。一個(gè)常見(jiàn)的工業(yè)應(yīng)用是無(wú)線充電的電動(dòng)叉車。
無(wú)線電力理論
有兩種基本的方法可以在沒(méi)有電線的情況下傳輸電能:近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。近場(chǎng)法基本上就是磁力聯(lián)軸器。該操作是變壓器的操作，其中一個(gè)發(fā)射機(jī)(TX)線圈是主要繞組，而接收器(RX)線圈是二次繞組。
電力傳輸是無(wú)線的;發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間沒(méi)有直接的電氣連接。然而，使這項(xiàng)工作順利的關(guān)鍵是盡量縮短TX和RX之間的距離，并確保這兩個(gè)線圈最優(yōu)地對(duì)齊。傳輸?shù)墓β屎驼麄€(gè)過(guò)程的效率取決于線圈之間的耦合程度。典型的耦合在0.3-0.6范圍內(nèi)。
遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸是真正的無(wú)線電波，而不是磁場(chǎng)感應(yīng)。在遠(yuǎn)場(chǎng)中，TX天線以一個(gè)直角向另一個(gè)方向產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。在距離天線一定距離的地方，通常有幾個(gè)波長(zhǎng)，磁場(chǎng)就會(huì)斷裂，并穿過(guò)空間，到達(dá)接收信號(hào)的RX天線，并產(chǎn)生一個(gè)小的有用電壓。
遠(yuǎn)場(chǎng)的問(wèn)題是，在TX和RX之間的距離的平方上，功率水平下降。為了便于使用，遠(yuǎn)場(chǎng)或射頻法必須傳輸更高的功率，并盡可能縮短距離。
共振的重要性
為了提高近場(chǎng)線圈之間的能量傳輸，采用共振原理。在主線圈和次級(jí)線圈中加入一個(gè)電容來(lái)產(chǎn)生共振。回想一下，諧振頻率是電感(L)和電容(C)值的函數(shù):
f = 1/2π√(LC)
1、該示意圖顯示了諧振無(wú)線電源耦合中如何使用串聯(lián)諧振電路。
串聯(lián)諧振電路是無(wú)線充電器中最常見(jiàn)的一種(圖1)。在諧振時(shí)，當(dāng)XL = XC時(shí)，理想電感器和電容器的電壓降為相等。因此，它們的作用抵消了對(duì)電流的零阻力。在實(shí)踐中，線圈電阻(R)限制電流。是線圈的Q決定電流產(chǎn)生的量:
Q = XL / R
XL = 2πfl
主線圈的不同磁場(chǎng)感應(yīng)電壓進(jìn)入次級(jí)線圈。該電壓與線圈和電容器串聯(lián)，形成串聯(lián)諧振電路。輸出是通過(guò)電容器上的電壓。如果Q是高的，一個(gè)高電流流和諧振現(xiàn)象產(chǎn)生一個(gè)諧振電壓在電容器上的增加。這種電壓隨后被調(diào)整到直流，用于電池充電。電壓提升量由:
VC = qv
其中VC為電容電壓，Vs為電路源電壓;在這種情況下，感應(yīng)電壓。
總的來(lái)說(shuō)，諧振系統(tǒng)能產(chǎn)生更高的功率和更高的效率。雖然關(guān)鍵的物理因素是兩個(gè)線圈相互之間的位置，但共振系統(tǒng)對(duì)位置的容忍度更大，并且可以比普通的感應(yīng)充電機(jī)工作更長(zhǎng)的距離。
無(wú)線充電到目前為止，這種感應(yīng)式電源的主要用途是電池充電。特殊的電路和充電產(chǎn)品可以在沒(méi)有電纜的情況下，給智能手機(jī)、手表和其他可穿戴設(shè)備充電。充電裝置，稱為充電板，包含TX線圈和相關(guān)電路，并由交流電源運(yùn)行。智能手機(jī)或其他設(shè)備包含RX線圈和電池充電電路。你只要把手機(jī)放在墊子上就可以了。
你必須確保線圈正確地對(duì)準(zhǔn)了最佳的權(quán)力轉(zhuǎn)移。如果不是這樣，就會(huì)有更少的電能傳輸，充電時(shí)間也更長(zhǎng)。大多數(shù)墊子都有視覺(jué)或物理上的線索來(lái)幫助你將設(shè)備放置在最佳位置。
另一種解決方案是在充電板中使用多個(gè)TX線圈來(lái)覆蓋更大的區(qū)域。這些可能會(huì)重疊，以確保無(wú)論你把手機(jī)放在哪里，你都會(huì)得到一個(gè)好的傳輸。
汽車無(wú)線充電是一個(gè)新趨勢(shì)。多家汽車制造商現(xiàn)在都在用無(wú)線充電板或垃圾桶建造。目前，大多數(shù)高端智能手機(jī)，如蘋(píng)果iPhone 8、X和三星Galaxy S8都有完整的無(wú)線充電功能。一些健身和其他手表也包含線圈和充電電路。
標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線充電的早期開(kāi)發(fā)工作產(chǎn)生了多種方法和系統(tǒng)。最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)叫做Qi(發(fā)音為chee)。該標(biāo)準(zhǔn)由無(wú)線電力聯(lián)盟(WPC)開(kāi)發(fā)，由多個(gè)半導(dǎo)體制造商在芯片中實(shí)現(xiàn)，并內(nèi)置超過(guò)2億部智能手機(jī)。WPC測(cè)試和認(rèn)證基于Qi的產(chǎn)品，以確保許多Qi產(chǎn)品之間的充分的互操作性。以下是對(duì)基本特征的總結(jié):
三種基本功率:0到5w, 0到15w, 0到120 W。
低功率的版本使用5毫米的線圈分離(當(dāng)線圈對(duì)齊時(shí)最好)和最大40毫米(1.57英寸)。
操作頻率:110 - 205kHz(典型~140 kHz)。諧振耦合。
TX與RX之間的數(shù)據(jù)通信鏈路。(RX可告知電力需求TX;當(dāng)充電完成時(shí)，RX可以通知TX。反向散射請(qǐng)求調(diào)制數(shù)據(jù)鏈路，速率為2 kb/s。
圖2顯示了Qi充電器和智能手機(jī)目標(biāo)的簡(jiǎn)化框圖。
2、這些是無(wú)線充電應(yīng)用的主要組成部分。交流電源電壓被轉(zhuǎn)換為直流電源，從而產(chǎn)生用于TX線圈的高頻交流電。RX線圈接收振蕩磁場(chǎng)并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，并將其整流到dc中，用于在智能手機(jī)或其他設(shè)備中運(yùn)行充電器。RX和TX之間提供了一個(gè)通信鏈路。<
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