隨著用電設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)的不斷提高，以及對(duì)特殊場(chǎng)合、特殊地理環(huán)境的供電，使得接觸式電能傳輸方式不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。近年來(lái)，有關(guān)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研究不斷增多。

　　無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)會(huì)發(fā)射電磁波能量，當(dāng)發(fā)射器上沒(méi)有放充電裝置時(shí)也會(huì)發(fā)射能量，造成能源浪費(fèi)和輻射污染。當(dāng)發(fā)射器上放金屬異物，電磁波對(duì)其加熱，輕則燒毀裝置，重則發(fā)生火災(zāi)。因此，無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)需要具備對(duì)受電端目標(biāo)物的辨識(shí)功能，當(dāng)正確的目標(biāo)物放置在發(fā)射器上才進(jìn)行充電。

　　常用的身份識(shí)別方法有：1）磁力激活，在受電端上裝一個(gè)磁鐵，當(dāng)發(fā)射端感應(yīng)到磁力后發(fā)送能量；2）通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）加強(qiáng)電路安全；3）感應(yīng)線(xiàn)圈上的資料傳送，利用原副線(xiàn)圈內(nèi)的電力傳送，包含資料碼一起傳送，這種方法最安全也最難完成，因?yàn)楦袘?yīng)線(xiàn)圈上有高能量的電力傳輸，另外還包含了系統(tǒng)的噪聲與負(fù)載電流變化的干擾，如何有效地傳送資料碼是一大難題。為此，在原邊電壓采樣電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種低頻的身份識(shí)別電路。

　　1　QI的無(wú)線(xiàn)充電通信標(biāo)準(zhǔn)

　　無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC）標(biāo)準(zhǔn)下，無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)墓膬H為0～5W。達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)范圍的系統(tǒng)在2個(gè)平面線(xiàn)圈之間使用電感耦合將電力從電力發(fā)送器傳輸給電力接收器。原副線(xiàn)圈之間的距離一般為5mm，輸出電壓調(diào)節(jié)由一個(gè)全局?jǐn)?shù)字控制環(huán)路負(fù)責(zé)，這時(shí)電力接收器會(huì)與電力發(fā)送器通信，并產(chǎn)生功耗。該通信是一種通過(guò)反向散射調(diào)制從電力接收器到電力發(fā)送器的單向通信。在反向散射調(diào)制中，電力接收器調(diào)整負(fù)載，從而改變電力發(fā)送器的電流消耗。對(duì)這些電流變化進(jìn)行監(jiān)控，并解調(diào)成2個(gè)設(shè)備協(xié)同工作所需的信息。

　　通信協(xié)議包括模擬、數(shù)字聲脈沖（ping）、身份識(shí)別、配置和電力傳輸。電力接收器放置在電力發(fā)送器上時(shí)出現(xiàn)的典型啟動(dòng)順序如下：

　　1）來(lái)自電力發(fā)送器的模擬ping檢測(cè)到對(duì)象的存在。

　　2）來(lái)自電力發(fā)送器的數(shù)字ping為模擬ping的加長(zhǎng)版，并讓電力接收器有時(shí)間回復(fù)一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度包。若該信息強(qiáng)度包有效，則電力發(fā)送器會(huì)讓線(xiàn)圈保持通電并進(jìn)行下一步驟。

　　3）身份識(shí)別和配置階段，電力接收器會(huì)發(fā)送一些數(shù)據(jù)包，對(duì)其進(jìn)行身份識(shí)別，并向電力發(fā)送器提供配置和設(shè)置信息。

　　4）在電力傳輸階段，電力接收器向電力發(fā)送器發(fā)送控制誤差包，以增加或減少電力。正常運(yùn)行期間，每隔約250ms發(fā)送控制誤差包，而在大信號(hào)變化期間每隔32ms發(fā)送一次。另外，在正常運(yùn)行期間，電力發(fā)送器每隔5s發(fā)送一次電力包。

　　5）為了終止電力傳輸，電力接收器發(fā)送一條“終止充電”消息或者1.25s內(nèi)不進(jìn)行通信，使電力發(fā)送器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

　　2　原副線(xiàn)圈耦合系數(shù)對(duì)原邊LC電壓的影響

　　由RLC串聯(lián)諧振電路得

　　當(dāng)原邊感應(yīng)電路與副邊感應(yīng)電路結(jié)構(gòu)存在過(guò)大的氣隙時(shí)，不僅副邊線(xiàn)圈的能量接收率變差，且副邊電路和原邊電路距離較遠(yuǎn)時(shí)，副邊電路反射電阻變小，Q值增大。由RLC串聯(lián)諧振電路可知，發(fā)生諧振時(shí)電感電壓是輸入電壓的Q倍，當(dāng)副邊感應(yīng)電路結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離原邊電路時(shí)，Q值增加，電感電壓隨之增大，所以可以通過(guò)檢測(cè)電感電壓值來(lái)判斷副邊感應(yīng)結(jié)構(gòu)是否遠(yuǎn)離原邊感應(yīng)電路。

　　除了氣隙會(huì)影響原副線(xiàn)圈的耦合系數(shù)外，補(bǔ)償電容的大小也會(huì)影響耦合系數(shù)。補(bǔ)償電容與電路耦合系數(shù)的關(guān)系如表1所示。當(dāng)改變副邊電路的補(bǔ)償電容時(shí)，諧振頻率也會(huì)改變，導(dǎo)致電路的原副線(xiàn)圈的耦合系數(shù)也跟著改變，電路的效率也作相應(yīng)的改變。當(dāng)諧振頻率接近開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，原副線(xiàn)圈的耦合系數(shù)大，電路效率高，電感峰值電壓小。當(dāng)電路只有副邊補(bǔ)償電容改變時(shí)，電感的峰值電壓的大小反應(yīng)了副邊電路補(bǔ)償電容的改變情況。

　　表1　補(bǔ)償電容與電路耦合系數(shù)的關(guān)系

　　放在電力發(fā)送器上的物體有可能是耦合系數(shù)較高的物體，如金屬線(xiàn)圈、無(wú)線(xiàn)充電接收模塊等，也有可能是耦合系數(shù)較低的物體。對(duì)于耦合系數(shù)低的物體，不需要對(duì)其進(jìn)行身份識(shí)別，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)線(xiàn)充電器充電效率低，原邊電流大，LC電路電壓高，電路在檢測(cè)到一定時(shí)間的連續(xù)高電壓狀態(tài)后，將開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。對(duì)于耦合系數(shù)較高的物體，必須對(duì)其身份識(shí)別，防止誤充電。

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