单片全桥式 发送器 IC 简化无线电池充电器设计分析

Eko Lisuwandi 凌力尔特公司电源产品部 设计部门负责人
　　背景信息
　　电池在日常设备中的使用变得越来越普及了。在很多这类产品中，充电连接器是难以或无法使用的。例如，有些产品需要密封机壳，以针对严酷环境保护敏感的电子组件，以及允许便利地清洁或消毒。另一些产品可能是因为太小而容纳不下连接器，而且如果电池供电应用包括移动或旋转部件，那么在这类应用的产品中，就不用再考虑有线充电的可能性了。在这类以及其他一些应用中，无线充电很有用，提高了可靠性和坚固性。
　　无线功率传送有很多方式。在不到几英寸的短距离上，常用电容或电感耦合。本文中讨论的是使用电感耦合的解决方案。
　　在典型的电感耦合无线功率传送系统中，AC 磁场由发送线圈产生，然后该磁场再在接收线圈中引起 AC 电流，就像一个典型的变压器系统。变压器系统与无线功率传送系统的主要差别是，在无线功率传送系统中，用空气隙或其他非磁性材料构成的间隙隔离发送器和接收器。此外，发送线圈和接受线圈之间的耦合在典型情况下是非常弱的。0.95 至 1 的耦合在变压器系统中很常见，但在无线功率传送系统中，耦合系数则在 0.8 到低至 0.05 之间。
　　无线电池充电的基本原理
　　无线功率传送系统由两部分组成，中间由空气隙隔开：发送 （Tx） 电路，包括一个发送线圈；接收 （Rx） 电路，包括一个接收线圈。
　　当设计无线功率传送电池充电系统时，主要参数是真正给电池增加能量的功率之大小。这一接收到的功率取决于很多因素，包括：
　　·发送功率的大小；
　　·发送线圈和接收线圈之间的距离和对准度，常常用两个线圈之间的耦合因数表示；
　　·发送和接收组件的容限。
　　任何无线功率发送器设计的主要目标都是，发送电路能够产生强大的磁场，以确保在最差的功率传送条件下，提供所需接收功率。不过，同样重要的是，在最佳情况下，要避免接收器过热以及电气压力过大。当输出功率要求较低，耦合较强时，这一点尤其重要。一个例子是，电池充满电且 Rx 线圈靠近 Tx 线圈放置时的电池充电器。
　　用 LTC4125 实现简单但完整的发送器解决方案
　　发送器 IC 专为与凌力尔特产品库中多种不同电池充电器 IC 配套使用而设计，这配套器件作为接收器，例如 LTC4120，其为一款无线功率接收器和电池充电器 IC。
　　
　　AIR GAP：空气隙
　　SINGLE CELL Li-Ion BATTERY PACK：单节锂离子电池包
　　图 1：在一个把 LTC4120-4.2 作为接收器上的 400mA 单节锂离子电池充电器的无线功率系统中，LTC4125 在 103kHz 驱动一个 24μH 发送线圈，并采用 1.3A 输入电流门限，119kHz 频率限值和 41.5ºC 发送线圈表面温度限值
　　LTC4125 提供一个简单、强大和安全的无线功率发送器电路所需的全部功能。尤其是，该器件能够按照接收器负载需求调节输出功率，以及检测传导性异物的存在。
　　如之前提到的那样，无线电池充电器系统中的发送器需要产生一个强大的磁场，以确保在最差功率传送条件下，提供所需接收功率。为了实现这个目标，LTC4125 采用了凌力尔特公司专有的 AutoResonant 技术。