低功耗设备的无线感应供电技术研究

张 倩 包头铁道职业技术学院

低功耗设备的无线感应供电技术研究

张 倩 包头铁道职业技术学院

进入新时期以来，随着社会各方面的快速发展，人们的生活水平也上升到了一个新的高度，加上建设环境友好型、资源节约型社会等节能性发展战略口号的提出，使得整个社会发展呈现出了一种节能减排、绿色环保的良好趋势，这也就使得低功耗设备受到了越来越多人的欢迎，各行各业也开始加大对低功耗设备的开发与研究，手机、检测仪表、医疗仪器等就是一些最常见的低功耗设备器材，虽然低功耗设备具有耗能少的突出优点，但同时也存在着一些无法忽视的缺点，比如手机、检测仪表这类低功耗设备一般都是采用有线连接供电方式，使得其在给电池充电的过程中存在着阻碍运动、接插危险等不安全因素，不仅影响到了设备的使用，而且还会给设备使用者的安全带来一定的问题，这就为无线感应供电技术的发展与应用提供了广阔的市场。本文主要就是对低功耗设备的无线感应供电技术进行研究，介绍了一种依靠电磁场耦合感应、采取的是无缆线联接方式的无线感应供电技术，首先对无线感应供电技术的工作原理进行了分析，并对这一无线感应供电技术中的关键技术进行了探讨。

低功耗设备；无线感应；供电技术

无线感应供电技术是由美国科学家研发出来的一种新型供电技术，其采取的是非辐射性的无限能量传输方式，通过非物理接触的方式来实现电能的传输，是在无线通讯、无线网络出现之后的第三次无线革命，其作为一项具有非常强应用性与技术性的科技技术，有着非常广阔的跨产品应用范围，能够为全球电子、通信、新能源以及物联网等产业的创新与突破提供更加先进有效的技术支持。目前，随着电动汽车大功率无线感应供电技术与无线射频标签的不断出现，使得低功耗设备应用无线感应供电技术极有可能实现，当前低功耗设备市场已经出现了一些应用了无线感应供电技术的鼠标、机器鱼和手机充电装置等设备，并且取得的应用效果十分良好，这使得与低功耗设备的无线感应供电技术相关的研究得到了更加快速的进行，相关技术专家对此也引起了高度重视，低功耗设备的无线感应供电技术这一举措将会得到更加快速的实现[1]。本文就是关于低功耗设备无线感应供电技术的研究，以期能够为今后与低功耗设备的无线感应供电技术相关的研究提供理论依据。

图1 无线感应供电系统构成

1.无线感应供电技术中无线感应供电的原理分析

无线感应供电系统的主要组成部分包括发射端与接收端，其系统构成如图一所示：

在无线感应供电系统进行正常工作的时候，首先是通过高频调制模块或谐振变换器将由系统发射端电源所提供的直流电或者交流电转化为一种高频交流信号，然后再通过驱动系统中的发射线圈，让发射线圈在其所处周围一定距离的空间范围内产生一种高频变化但磁场强度却很小的电磁场。无线感应供电系统的接收线圈处于这个由发射线圈所产生的电磁场中，在接收线圈中，发射线圈磁通量的高频变化会产生一定幅值的高频感应电动势。然后再通过加在系统接收线圈两端之上的电容滤波电路或者桥式整流电路，就可以将其作为直流电为负载进行供电输出[2]。在无线感应供电系统中，其一个发射端能够驱动两个或两个以上的接收端，功能十分强大。在无线感应供电系统工作的时候，其相对位置关系可以允许出现一定的动态变化，但是必须要严格保持在一定的距离范围之内，只有这样才能够确保能量传输的稳定性，否则只会导致能量传输受到极大负面影响。

2.无线感应供电技术中的关键技术分析

在无线感应供电系统中，其接收线圈与发射线圈之间的气隙要比一般的电磁铁大很多，而且这两个线圈之间的磁耦合关系处于松耦合的范围之内，所以也就可以将无线感应供电技术称为松耦合感应电能传输技术，从其名称也能看出该技术的特殊之处。同时，一般用在磁性元件分析过程中的变压器模型在无线感应供电技术中不再适用，要想对无线感应供电系统中的电磁关系进行分析必须要使用耦合电感模型来进行，并且还要对磁化电感与漏感对无线感应供电系统工作产生的影响进行充分的考虑。

无线感应供电技术所具有的松耦合特性使得系统中接收线圈与发射线圈之间的耦合电感系数十分小，如果发射电流的调制频率越低，则其线圈上所产生的热损耗就越大；反之，如果发射电流的调制频率越高，则线圈上产生的热损耗就越小。可见，无线感应供电技术中的一项关键技术就是如何将系统发射端的调制频率进行合理提高。虽然谐振软开关技术具有功率因数高、效率高等优点，但同时也存在着电路复杂、成本较高等劣势，因此考虑到低功率应用情况一般都是采用PWM硬开关逆变技术。

此外，无线感应供电系统还有另外一个关键技术，也就是对发射线圈与接收线圈的参数、形状以及安装位置的设计。一般来讲，发射线圈常安装在固定的台面或者基座内，适合设计圆形或矩形。接收线圈一般都安装在设备的内部，要结合设备内部的具体空间情况来设计其形状。

3.结论

综上所述可知，受到各方面因素的影响，使得当前能够适用在低功耗设备上的无线感应供电技术十分缺乏，本文所分析的这一种在移动低功耗设备上适用的无线感应供电技术具有非常多的优点，不仅采取了安全的无线连接方式，而且还能够进行持续的可动态供电，市场应用前景非常广阔。今后随着对低功耗设备无线感应供电技术研究力度的加大与深入，适合用在低功耗设备上的无线感应供电技术将会以更快的速度被研发出来。

[1]薛俊伟,黄岳山,杜欣,吴秀勇,曾伟杰,席玉胜,陈益民,赵毓,吴凯.蓝牙低功耗可穿戴血氧监测设备的设计[J].中国生物医学工程学报,2015,06:701-707.

[2]麦瑞坤,李勇,何正友,杨鸣凯,陆立文,刘野然,陈阳,林天仁,徐丹露.无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展[J].西南交通大学学报,2016,03:446-461.

张倩，1988年6月10日，女，蒙古族，内蒙古呼和浩特市人，包头铁道职业技术学院，助教，大学本科，自动化、铁道供电。