高手打造智能无线供电台灯

　　无线供电是一个很吸引人的制作课题，许多电子类杂志和论坛上都有关于制作无线供电电路的介绍，这些电路虽各有千秋，但都有一个共同的不足之处，一是传输效率不太理想，二是不论有无接收器在工作，发射部分都一如既往地向外源源不断地发射能量，这是不能令人满意的。

　　笔者所设计的这个无线供电装置，除了传输效率比较高，它还有一个显著的特点：能自动检测有无接收部分工作，只有检测到确有接收器在工作，它才会连续辐射无线电能，否则就始终只工作在低能耗的检测状态。其工作方框图如图1所示：

发射部分采用CMOS电路与场效应管的组合，这种组合不仅效率高，而且控制也简单易行。发射线圈采用李兹线和蛛网式绕法，以取得较高的变换效率。电路见图2a：

工作原理：

　　1.发射部分

　　振荡源由1/4个CD4011和遥控器用的晶体组成晶振电路，实测振荡频率为560kHz，这个频率对收音机的中波段有两处干扰：560kHz和1120kHz。因手边没有更合适的晶体选择，也只好将就了。

　　4011是一个2输入端与非门，所以电路能否工作还取决于另一个输入端的电位，此输入端的电位由IC2（555电路）的状态决定， IC2输出占空比约等于1/10的方波，所以使高频振荡电路的工作与间歇时间比也等于1/10。

　　4011的另3个与非门并联起来作为推动级，把振荡与输出级隔离开。为了能在小功率的推动下也能输出足够大的高频功率，输出级选用场效应管IRF634，场效应管是一种电压控制器件，原则上不消耗激励功率，但它的极间输入、输出电容很大，有几百pF，如果直接接到4011的输出端，会因为CMOS门电路的输出电流很小而使波形的上升时间和下降时间变大，而导致效率下降。所以我还在CMOS门电路的后面加了一对互补的三极管，此互补管接成射极输出，具有极小的输出电阻，可以使方波的上升和下降时间大大减小。实践证明，加上了这级电路后效率有了明显提高。而且，使空载和有负载时的电流有显著的区别，这就为无线供电的智能化提供了简单可靠的检测依据。

　　在没有负载时，也就是说，无线供电的接收部分没有靠近发射线圈时，VT3的源极电流很小，R6上的电压降还不足以使VT4导通，所以IC3的第2脚上没有触发脉冲，第3脚上也没有高电平输出；一旦接收部分靠近了发射线圈，从发射级接收了足够的能量，于是使得VT3的源极电流增加，R6上也产生了足够大的电压，能够推动VT4导通，在VT4的集电极产生了幅度足够的负脉冲，驱动IC3使之输出高电平。此高电平通过VD2再送到晶振的控制端，使其工作在连续振荡状态，这样就完成了负载检测的任务。

　　我们说这个电路是智能无线供电电路，其原因就是它能自动检测有无负载。没有负载时它工作在间歇状态以节约电能，一旦检测到负载就工作在连续状态，使其正常工作。

　　图2中，Rp作为检测灵敏度调节；LED为工作状态指示（红灯间歇闪亮为检测状态，绿灯亮为连续工作状态）；SA为维修开关，合上后，红灯连续亮，输出级连续工作，适于维修或弱负载时工作。

　　2．接收部分

　　实际上任何一个具有接收线圈的装置都可成为接收电路，这里只是给出其中一例，它可以实测接收部分的功率，也可以调整撤回路的谐振状态，使之灵敏度最高。电路很简单，就不再赘述原理了。电路见图2b：

　　如果不测试接收距离和检测系统的转换效率，也可不装图2b的电路。　　零件选择

　　无线供电的效率与发射级的工作状态有关，同时也与作为发射电磁能量的线圈的质量也有非常密切的关系，所以发射线圈L1我采用36×Φ0.1mm的李兹线，绕在用光盘作骨架的蛛网板上。见图3：

　　线圈的骨架用光盘制作，为了避免涡流损失，光盘上的金属镀层应当去掉。骨架的内径为66mm，用36股Φ0.1的漆包线绕11匝。图2b中的接收线圈也绕成蛛网式，用24股Φ0.1的多股漆包线绕8匝。

　　高频输出级用大功率场效应管，如IRF系列的634、630均可，或其它耐压200V，电流5A，最大损耗功率大于20W以上的VMOS管。使用时需加上面积足够大的散热器。

　　谐振电容C4要求用绦纶电容，耐压200V以上；C11、C12、C13、C14要求耐压35V以上。定时电容C5、C10要求容量准确，漏电较小，最好用钽电容，如果没有钽电容则应采用耐压25V以上的铝电解。C7、C8、C11、C12要紧靠IC4焊接。

　　其他元件没有什么特殊要求。

　　调试与安装

　　先调发射部分。输入24V的直流电源，当调试开关处在断开状态时，LED的红灯会以大约1秒的周期闪亮，这说明IC2工作正常。合上图2a中的调试开关SA，使振荡部分连续工作，这时红灯将一直点亮。检查各点的直流工作点是否正常，这时整机电流约50mA，其中VT3的漏极电流约20mA左右。如果24V和9V两点的电压正常，可用示波器检查各关键点的波形。

　　当各点波形基本正常后，用一个2200pF的绦纶电容（耐压250V）和一个1000pF的可变（可用多连可变并联而成），仔细调整可变使整机电流最小。量出并联的总电容，将一个或数个并联的固定的等效电容替换原来的固定和可变电容，并在线路板上焊好。

　　断开维修开关SA使振荡器工作于间歇状态；旋转Rp到最大使LED绿灯亮，逐渐将Rp减小，使得LED的绿灯熄灭，红灯刚好闪亮。这时整机电流在10~20mA间摆动。