如今，業(yè)界持續(xù)需要行動(on-the-go)電源管理，無線(感應(yīng)式)充電方案在市場變得越來越普及。雖然能效不如現(xiàn)有有線充電方案高，但無線充電方案為消費者提供更多便利，亦省下了額外的充電線纜。無線充電的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋可攜式電子產(chǎn)品、汽車，甚至是醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)。當今的高科技社會越來越渴求針對多種電子設(shè)備的便利充電方案。潛在的無線充電市場機會包括汽車、機場及家中應(yīng)用。如今游戲平臺也為游戲控制器提供無線充電選擇，目的是為消費者提供更多便利。隨著無線充電技術(shù)變得更加流行，許多手機制造商已經(jīng)開始提供整合額外電路以使產(chǎn)品兼容無線充電的電池蓋。

無線充電并非新概念。電動牙刷和剃須刀使用這種充電方法已經(jīng)有些年頭了。消費者簡單地將設(shè)備置于基座(base unit)上來為電池充電，而不需要暴露的金屬觸點。無線充電減少或省去充電線纜，且能夠同時為多個設(shè)備充電，只要簡單地將它們置于同一個充電板上就可以了。

無線充電是透過使用空氣(air-core)變壓器來實現(xiàn)的。一次線圈位于充電板，二次線圈位于設(shè)備本身。充電板在二次線圈感應(yīng)出電流，此電流透過手持設(shè)備內(nèi)的全橋整流器及額外電路，產(chǎn)生直流電壓來為電池充電。圖1顯示無線充電電路的方塊圖。基座采用標準墻式插座供電。一旦手持設(shè)備置于基座上，電池就開始充電。

　　圖1：無線充電電路架構(gòu)圖。

變壓器基本塬理

當電流通過線圈時，就產(chǎn)生磁場。變壓器利用這基本屬性從一個線圈感應(yīng)電流到另一個線圈。匝數(shù)比N指的是二次側(cè)線圈的匝數(shù)與一次側(cè)線圈匝數(shù)之比。

匝數(shù)比用于計算二次側(cè)線圈中感應(yīng)的電壓和電流。二次側(cè)線圈產(chǎn)生的電壓可用下述等式來計算：

二次側(cè)線圈電流的計算等式如下：

變壓器可設(shè)計為不同的配置，并使用磁芯材料在二次線圈中感應(yīng)出磁場。磁導率(?)衡量的是變壓器中產(chǎn)生磁場的有效性。換句話說，磁導率指的是變壓器能夠以多高的效率將電能提供給二次線圈。磁導率越高，變壓器將電能從一次傳輸?shù)蕉蔚男示驮礁?。?nèi)在高磁導率指的是真空磁導率，其定義為：

單位是牛頓每平方安培。相對磁導率的定義是特定材料的磁導率除以內(nèi)在高磁導率，即

如今業(yè)界使用最廣泛的材料是磁芯。錳鋅鐵氧體磁芯的相對磁導率是640或更高。然而，對于無線充電器而言，磁芯材料是空氣。這是因為一次線圈處于與二次線圈相隔離的基座中?？諝獾南鄬Υ艑适?，使變壓器的能效低得多。由于變壓器能效低，電路其它部分的能效就變得極為重要。

二次側(cè)整流橋

全橋整流器及濾波器電路通過感應(yīng)在二次線圈的交流訊號產(chǎn)生恆定直流電壓。圖2顯示使用4顆二極體體配置的全橋整流器電路。

　圖2：采用4顆二極體的全橋整流器配置

當二極體1和3正向偏置時，二極體2和4反向偏置，反之亦然。因此，整流橋的主要功率損耗就是兩個二極體上的正向壓降。標準二極體的壓降約為0.7 V。這表示兩個二極體的功率損耗為：

蕭特基二極體的正向壓降要低得多，典型值約為0.4V。對于如圖2所示的整流橋配置而言，蕭特基二極體提供更高的能效。圖2中的輸入波形示例是正弦波，幅值為VPK。經(jīng)過整流的輸出的幅值為VPK，週期中的兩個半波都是正波。[!--empirenews.page--]

圖3顯示的是輸入電壓正弦波形1區(qū)和2區(qū)時流過整流橋和負載的電流路徑。在輸入電壓週期的前半部分(對應(yīng)于1區(qū)及圖4a)，節(jié)點a的電壓高于節(jié)點b的電壓。電流流過二極體1，經(jīng)過負載后，又通過二極體3流回變壓器。在輸入電壓週期的后半部分(對應(yīng)于2區(qū)及圖4b)，節(jié)點b電壓高于節(jié)點a電壓，電流以相反方向流動，流過二極體2，穿過負載，再通過二極體4流回變壓器。在每種情況下，電流都以相同的方向流過負載本身，產(chǎn)生如圖2所示的輸出電壓波形。

圖3：(a) 輸入電壓1區(qū)的電路路徑;(b) 輸入電壓2區(qū)的電流路徑。

另一種全橋整流器配置包含2顆二極體和2顆MOSFET元件。圖4顯示了這種配置的示例。

圖4：采用2顆二極體和2顆MOSFET的全橋整流器配置

對于這種整流橋配置而言，二極體3和4被兩顆N通道MOSFET取代。MOSFET 3的閘極連接至節(jié)點a，MOSFET4的閘極連接至節(jié)點b。當MOSFET關(guān)閉時，每顆MOSFET的本體二極體(body diode)阻斷電流流動。這種配置的橋輸入及輸出波形與上述橋配置的波形相同。在1區(qū)，節(jié)點a電壓高于節(jié)點b電壓。二極體1正向偏置，二極體2反向偏置，MOSFET 3導通，而MOSFET 4關(guān)閉(MOSFET 4的本體二極體反向偏置)。在2區(qū)，節(jié)點b電壓高于節(jié)點a。二極體2正向偏置，二極體1反射偏置，MOSFET4導通，而MOSFET 3關(guān)閉(MOSFET 3的本體二極體反向偏置)。

這種配置的電路路徑及輸出波形結(jié)果與上述配置相同。然而，通過以MOSFET替代兩顆二極體，整流橋的能效得到提升，二極體及MOSFET的功率損耗計算等式為：

表1比較了使用2A負載條件下叁種二次全橋整流器電路應(yīng)用方案的功率損耗。第一種應(yīng)用方案是標準4顆二極體配置，第二種應(yīng)用方案是使用蕭特基二極體的4顆二極體配置，第叁種應(yīng)用方案包含2顆蕭特基二極體和2顆MOSFET，這種方案有如安森美半導體的NMLU1210整合方案。

表1：三種整流橋應(yīng)用方案的功率損耗比較

如表所示，第叁種應(yīng)用方案的功率損耗最低。節(jié)省的功率損耗直接轉(zhuǎn)化為二次側(cè)電路整體能效的提升，使無線充電方案具有更高能效。全橋整流器也可以采用4顆MOSFET來實現(xiàn)。但這種應(yīng)用方案牽涉的因素更多，必須審慎思考。

能效考慮因素對無線充電方案至關(guān)重要，因為無線充電方案采用的氣隙變壓器的能效相比傳統(tǒng)有線充電方案低。因此，為了將無線充電的性能提升至最高，每個電路模組的能效都必須仔細考慮及加以應(yīng)對。如文中的功率損耗計算結(jié)果所示，應(yīng)用2顆二極體和2顆MOSFET的方案最能節(jié)省功率損耗。對于當今的電子產(chǎn)業(yè)而言，節(jié)能及提升能效處于消費者及製造商所關(guān)注問題的最前端。隨著無線充電深入發(fā)展，業(yè)界對高能效及高性能方案的需求也越來越高。