无线充电应用的次级端整流桥应用方案研究

　　摘要：本文主要介绍了在无线充电应用中，如何进行次级端的整流桥设计，并对三种设计方案进行了比较，得出采用2颗肖特基二极管和2颗MOSFET的最佳最佳整流桥配置方案。

　　简介

　　如今，业界持续需要移动(on-the-go)电源管理，无线(无接触式)充电方案在市场正变得越来越流行。虽然能效不如现有线缆充电方案高，但无线充电方案为消费者提供更多便利，亦省下了额外的充电线缆。无线充电的应用领域涵盖便携电子产品、汽车，甚至是医疗等行业。当今的高科技社会越来越渴求针对多种电子设备的便利充电方案。潜在的无线充电市场机遇包括汽车、机场及家中应用。如今游戏平台也为游戏控制器提供无线充电选择，目的是为消费者提供更多便利。随着无线充电技术变得更加流行，许多手机制造商已经开始提供集成了额外电路以使产品兼容无线充电的电池盖。

　　无线充电并非新概念。电动牙刷和剃须刀使用这种充电方法已经有些年头了。消费者简单地将设备置于基座(base unit)上来给电池充电，而不需要暴露的金属触点。无线充电减少或省去充电线缆，且能够同时为多个设备充电，只要简单地将它们置于同一个充电板上就可以了。

　　无线充电是通过使用空芯(air-core)变压器来实现的。初级绕组位于充电板，次级绕组位于设备本身。充电板在次级绕组感应出电流，此电流通过手持设备内的全桥整流器及额外电路，产生直流电压来为电池充电。图1显示了无线充电电路的框图示例。基座采用标准壁式插座供电。一旦手持设备置于基座上，电池就开始充电。

　　变压器基本原理

　　当电流通过线圈时，就产生磁场。变压器利用这基本属性从一个绕组感应电流到另一个绕组。匝数比N指的是次级端绕组的匝数与初级端绕组匝数之比。

　　匝数比用于计算次级端绕组中感应的电压和电流。次级端绕组产生的电压可用下述等式来计算：

　　次级端绕组电流的计算等式如下：

　　变压器可以设计为不同的配置，并使用磁芯材料在次级绕组中感应出磁场。磁导率(µ)衡量的是变压器中产生磁场的有效性。换句话说，磁导率指的是变压器能够以多高的效率将电能提供给次级绕组。磁导率越高，变压器将电能从初级传输到次级的效率就越高。本征磁导率指的是真空磁导率，其定义为：

　　单位是牛顿每平方安培。相对磁导率的定义是特定材料的磁导率除以本征磁导率，即

　　如今业界使用最广泛的材料是磁芯。锰锌铁氧体磁芯的相对磁导率是640或更高。然而，对于无线充电器而言，磁芯材料是空气。这是因为初级绕组处于与次级绕组相隔离的基座中。空气的相对磁导率是1，使变压器的能效低得多。由于变压器能效低，电路其它部分的能效就变得极为重要。

　　次级端整流桥

　　全桥整流器及滤波器电路通过感应在次级绕组的交流信号产生恒定直流电压。图2显示了使用4颗二极管配置的全桥整流器电路。

　　当二极管1和3正向偏置时，二极管2和4反向偏置，反之亦然。因此，整流桥的主要功率损耗就是两个二极管上的正向压降。标准二极管的压降约为0.7V。这表示两个二极管的功率损耗为：

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