笔记本电脑的有线电源通常为20V/3A左右。对于一般常见的开关电源来说,加上一些损耗,这个电源的贮备功率要求在70W以上,这是一个瓶颈值。在这个有线电源的功率接近极限值的情况下,要用无线电源来实现与有线电源相同的供电和充电功能,无疑是一个极大的技术挑战,将面临以下多方面的技术问题:
1.功率问题
2.效率问题
3.涡流问题
4.EMC问题
5.结构问题
1.功率问题
2.效率问题
3.涡流问题
4.EMC问题
5.结构问题
无线供电与有线供电在物理上的主要区别是:无线供电不与用电器有物理上的连接,如果把有线供电的变压器耦合看作一个封闭系统,那么无线供电必须是一个开放式系统,即能量不是通过变压器磁芯来耦合,而是以电磁波辐射的方式由发射端经过一段距离后传到接收端,因此损耗比有线电源大得多,效率也低得多,更为麻烦的是随之而来的涡流问题、EMI和EMC问题就显得十分突出——在这样强大功率的磁场下,涡流可能会导致笔记本电脑内部的元件尤其是芯片类(包括CPU)严重发热,甚至损坏;同时,由于巨大的电磁辐射,可能会对笔记本电脑本身、电源网络以及周边环境造成严重干扰,甚至威胁。另外,笔记本电脑是一个集成度很高的便携式产品,内部空间极为有限,因此,要求无线电源必须重量轻、体积小,才有可能嵌入笔记本电脑内部。
电磁共振芯片介绍
芯片VOX330MP05S和VOX20K3A使笔记本电脑的无线供电成为可能。这是一对基于电磁共振的专用大功率发射和大功率接收IC,具有较高的发射和接收效率,其外观见图1。VOX330MP05S是一块3脚封装(与TO-220相当)的电磁共振专用发射芯片,具有高达100W的发射能力,而体积只有 22mm×12mm×9.5mm,它的第1脚为电源端,工作电压9~12V,3脚为地,2脚为输出端,IC内建振荡器、电压比较器、功率限幅器、推动电路和功率输出管,其输出端可承受1000V以上的高压脉冲,非常适用于高压驱动的应用。图2就是利用220V~整流后给电磁共振回路供电的一个实例。
图中C4、T1和C3组成滤波网络,串联于电网与发射电路之间,作用是用于吸收发射电路中的谐波反馈到电网上,也可以防止电网上的浪涌电压对发射电路的影响。4个二极管和C2为整流、滤波电路,直接将220V~的市电整流得到一个约300V的直流电压,这个电压经L1和C1组成的并联谐振回路加到 VOX330MP05S的输出端,图中DC为一个12V/100mA的电源转换模块,为IC1提供工作电压。VOX20K3A是一块五脚厚膜封装电路,尺寸为33mm×30mm×6.3mm,内部集中了电磁共振所需要的相位检测、电压检测、电流检测、功率校正等功能,其应用的工作原理图见图3。VOX20K3A需要提供一个5V的工作电压,工作电流约30mA,可由LM78L05提供,2脚上的硅稳压管决定了整个电源的输出电压,关系为:Vout = DW + 1.2V ,因此,不同的稳压管将得到不同的输出电压,但稳压管必须在9~24V之间选择。A1和A2分别为补偿输入和输出端,C1为输入电容,L1和L2为两个串联的接收线圈,也可以用一个线圈代替,VD1和VD2为整流管,选用快速管或肖特基管,电流大于3A即可。L3、L4及C4~C9为滤波电路,用于减少纹波,稳定电压。