低功耗設備的無線感應供電技術研究

張 倩 包頭鐵道職業技術學院

低功耗設備的無線感應供電技術研究

張 倩 包頭鐵道職業技術學院

進入新時期以來，隨著社會各方面的快速發展，人們的生活水平也上升到了一個新的高度，加上建設環境友好型、資源節約型社會等節能性發展戰略口號的提出，使得整個社會發展呈現出了一種節能減排、綠色環保的良好趨勢，這也就使得低功耗設備受到了越來越多人的歡迎，各行各業也開始加大對低功耗設備的開發與研究，手機、檢測儀表、醫療儀器等就是一些最常見的低功耗設備器材，雖然低功耗設備具有耗能少的突出優點，但同時也存在著一些無法忽視的缺點，比如手機、檢測儀表這類低功耗設備一般都是采用有線連接供電方式，使得其在給電池充電的過程中存在著阻礙運動、接插危險等不安全因素，不僅影響到了設備的使用，而且還會給設備使用者的安全帶來一定的問題，這就為無線感應供電技術的發展與應用提供了廣闊的市場。本文主要就是對低功耗設備的無線感應供電技術進行研究，介紹了一種依靠電磁場耦合感應、采取的是無纜線聯接方式的無線感應供電技術，首先對無線感應供電技術的工作原理進行了分析，并對這一無線感應供電技術中的關鍵技術進行了探討。

低功耗設備；無線感應；供電技術

無線感應供電技術是由美國科學家研發出來的一種新型供電技術，其采取的是非輻射性的無限能量傳輸方式，通過非物理接觸的方式來實現電能的傳輸，是在無線通訊、無線網絡出現之后的第三次無線革命，其作為一項具有非常強應用性與技術性的科技技術，有著非常廣闊的跨產品應用范圍，能夠為全球電子、通信、新能源以及物聯網等產業的創新與突破提供更加先進有效的技術支持。目前，隨著電動汽車大功率無線感應供電技術與無線射頻標簽的不斷出現，使得低功耗設備應用無線感應供電技術極有可能實現，當前低功耗設備市場已經出現了一些應用了無線感應供電技術的鼠標、機器魚和手機充電裝置等設備，并且取得的應用效果十分良好，這使得與低功耗設備的無線感應供電技術相關的研究得到了更加快速的進行，相關技術專家對此也引起了高度重視，低功耗設備的無線感應供電技術這一舉措將會得到更加快速的實現[1]。本文就是關于低功耗設備無線感應供電技術的研究，以期能夠為今后與低功耗設備的無線感應供電技術相關的研究提供理論依據。

圖1 無線感應供電系統構成

1.無線感應供電技術中無線感應供電的原理分析

無線感應供電系統的主要組成部分包括發射端與接收端，其系統構成如圖一所示：

在無線感應供電系統進行正常工作的時候，首先是通過高頻調制模塊或諧振變換器將由系統發射端電源所提供的直流電或者交流電轉化為一種高頻交流信號，然后再通過驅動系統中的發射線圈，讓發射線圈在其所處周圍一定距離的空間范圍內產生一種高頻變化但磁場強度卻很小的電磁場。無線感應供電系統的接收線圈處于這個由發射線圈所產生的電磁場中，在接收線圈中，發射線圈磁通量的高頻變化會產生一定幅值的高頻感應電動勢。然后再通過加在系統接收線圈兩端之上的電容濾波電路或者橋式整流電路，就可以將其作為直流電為負載進行供電輸出[2]。在無線感應供電系統中，其一個發射端能夠驅動兩個或兩個以上的接收端，功能十分強大。在無線感應供電系統工作的時候，其相對位置關系可以允許出現一定的動態變化，但是必須要嚴格保持在一定的距離范圍之內，只有這樣才能夠確保能量傳輸的穩定性，否則只會導致能量傳輸受到極大負面影響。

2.無線感應供電技術中的關鍵技術分析

在無線感應供電系統中，其接收線圈與發射線圈之間的氣隙要比一般的電磁鐵大很多，而且這兩個線圈之間的磁耦合關系處于松耦合的范圍之內，所以也就可以將無線感應供電技術稱為松耦合感應電能傳輸技術，從其名稱也能看出該技術的特殊之處。同時，一般用在磁性元件分析過程中的變壓器模型在無線感應供電技術中不再適用，要想對無線感應供電系統中的電磁關系進行分析必須要使用耦合電感模型來進行，并且還要對磁化電感與漏感對無線感應供電系統工作產生的影響進行充分的考慮。

無線感應供電技術所具有的松耦合特性使得系統中接收線圈與發射線圈之間的耦合電感系數十分小，如果發射電流的調制頻率越低，則其線圈上所產生的熱損耗就越大；反之，如果發射電流的調制頻率越高，則線圈上產生的熱損耗就越小。可見，無線感應供電技術中的一項關鍵技術就是如何將系統發射端的調制頻率進行合理提高。雖然諧振軟開關技術具有功率因數高、效率高等優點，但同時也存在著電路復雜、成本較高等劣勢，因此考慮到低功率應用情況一般都是采用PWM硬開關逆變技術。

此外，無線感應供電系統還有另外一個關鍵技術，也就是對發射線圈與接收線圈的參數、形狀以及安裝位置的設計。一般來講，發射線圈常安裝在固定的臺面或者基座內，適合設計圓形或矩形。接收線圈一般都安裝在設備的內部，要結合設備內部的具體空間情況來設計其形狀。

3.結論

綜上所述可知，受到各方面因素的影響，使得當前能夠適用在低功耗設備上的無線感應供電技術十分缺乏，本文所分析的這一種在移動低功耗設備上適用的無線感應供電技術具有非常多的優點，不僅采取了安全的無線連接方式，而且還能夠進行持續的可動態供電，市場應用前景非常廣闊。今后隨著對低功耗設備無線感應供電技術研究力度的加大與深入，適合用在低功耗設備上的無線感應供電技術將會以更快的速度被研發出來。

[1]薛俊偉,黃岳山,杜欣,吳秀勇,曾偉杰,席玉勝,陳益民,趙毓,吳凱.藍牙低功耗可穿戴血氧監測設備的設計[J].中國生物醫學工程學報,2015,06:701-707.

[2]麥瑞坤,李勇,何正友,楊鳴凱,陸立文,劉野然,陳陽,林天仁,徐丹露.無線電能傳輸技術及其在軌道交通中研究進展[J].西南交通大學學報,2016,03:446-461.

張倩，1988年6月10日，女，蒙古族，內蒙古呼和浩特市人，包頭鐵道職業技術學院，助教，大學本科，自動化、鐵道供電。