無線供電是一個(gè)很吸引人的制作課題,，許多電子類雜志和論壇上都有關(guān)于制作無線供電電路的介紹,，這些電路雖各有千秋，但都有一個(gè)共同的不足之處,，一是傳輸效率不太理想,，二是不論有無接收器在工作，發(fā)射部分都一如既往地向外源源不斷地發(fā)射能量,，這是不能令人滿意的,。
筆者所設(shè)計(jì)的這個(gè)無線供電裝置，除了傳輸效率比較高,，它還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：能自動檢測有無接收部分工作,，只有檢測到確有接收器在工作，它才會連續(xù)輻射無線電能,，否則就始終只工作在低能耗的檢測狀態(tài),。其工作方框圖如圖1所示：
發(fā)射部分采用CMOS電路與場效應(yīng)管的組合，這種組合不僅效率高,，而且控制也簡單易行,。發(fā)射線圈采用李茲線和蛛網(wǎng)式繞法，以取得較高的變換效率,。電路見圖2a：
工作原理：
1.發(fā)射部分
振蕩源由1/4個(gè)CD4011和遙控器用的晶體組成晶振電路,，實(shí)測振蕩頻率為560kHz，這個(gè)頻率對收音機(jī)的中波段有兩處干擾：560kHz和1120kHz,。因手邊沒有更合適的晶體選擇,，也只好將就了。
4011是一個(gè)2輸入端與非門,，所以電路能否工作還取決于另一個(gè)輸入端的電位,，此輸入端的電位由IC2（555電路）的狀態(tài)決定， IC2輸出占空比約等于1/10的方波,，所以使高頻振蕩電路的工作與間歇時(shí)間比也等于1/10,。
4011的另3個(gè)與非門并聯(lián)起來作為推動級，把振蕩與輸出級隔離開,。為了能在小功率的推動下也能輸出足夠大的高頻功率，輸出級選用場效應(yīng)管IRF634，場效應(yīng)管是一種電壓控制器件,，原則上不消耗激勵功率,，但它的極間輸入、輸出電容很大,，有幾百pF,，如果直接接到4011的輸出端，會因?yàn)镃MOS門電路的輸出電流很小而使波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間變大,，而導(dǎo)致效率下降,。所以我還在CMOS門電路的后面加了一對互補(bǔ)的三極管，此互補(bǔ)管接成射極輸出,，具有極小的輸出電阻,，可以使方波的上升和下降時(shí)間大大減小。實(shí)踐證明,，加上了這級電路后效率有了明顯提高,。而且，使空載和有負(fù)載時(shí)的電流有顯著的區(qū)別,，這就為無線供電的智能化提供了簡單可靠的檢測依據(jù),。
在沒有負(fù)載時(shí)，也就是說,，無線供電的接收部分沒有靠近發(fā)射線圈時(shí),，VT3的源極電流很小，R6上的電壓降還不足以使VT4導(dǎo)通,，所以IC3的第2腳上沒有觸發(fā)脈沖,，第3腳上也沒有高電平輸出；一旦接收部分靠近了發(fā)射線圈,，從發(fā)射級接收了足夠的能量,，于是使得VT3的源極電流增加，R6上也產(chǎn)生了足夠大的電壓,，能夠推動VT4導(dǎo)通,，在VT4的集電極產(chǎn)生了幅度足夠的負(fù)脈沖，驅(qū)動IC3使之輸出高電平,。此高電平通過VD2再送到晶振的控制端,，使其工作在連續(xù)振蕩狀態(tài)，這樣就完成了負(fù)載檢測的任務(wù),。
我們說這個(gè)電路是智能無線供電電路,，其原因就是它能自動檢測有無負(fù)載。沒有負(fù)載時(shí)它工作在間歇狀態(tài)以節(jié)約電能,，一旦檢測到負(fù)載就工作在連續(xù)狀態(tài),，使其正常工作。
圖2中，Rp作為檢測靈敏度調(diào)節(jié),；LED為工作狀態(tài)指示（紅燈間歇閃亮為檢測狀態(tài),，綠燈亮為連續(xù)工作狀態(tài)）；SA為維修開關(guān),，合上后,，紅燈連續(xù)亮，輸出級連續(xù)工作,，適于維修或弱負(fù)載時(shí)工作,。
2．接收部分
實(shí)際上任何一個(gè)具有接收線圈的裝置都可成為接收電路，這里只是給出其中一例,，它可以實(shí)測接收部分的功率,，也可以調(diào)整撤回路的諧振狀態(tài)，使之靈敏度最高,。電路很簡單,，就不再贅述原理了。電路見圖2b：
如果不測試接收距離和檢測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率,，也可不裝圖2b的電路,。
零件選擇
無線供電的效率與發(fā)射級的工作狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)也與作為發(fā)射電磁能量的線圈的質(zhì)量也有非常密切的關(guān)系,，所以發(fā)射線圈L1我采用36×Φ0.1mm的李茲線,，繞在用光盤作骨架的蛛網(wǎng)板上。見圖3：
線圈的骨架用光盤制作,，為了避免渦流損失,，光盤上的金屬鍍層應(yīng)當(dāng)去掉。骨架的內(nèi)徑為66mm,，用36股Φ0.1的漆包線繞11匝,。圖2b中的接收線圈也繞成蛛網(wǎng)式，用24股Φ0.1的多股漆包線繞8匝,。
高頻輸出級用大功率場效應(yīng)管,，如IRF系列的634、630均可,，或其它耐壓200V,，電流5A，最大損耗功率大于20W以上的VMOS管,。使用時(shí)需加上面積足夠大的散熱器,。
諧振電容C4要求用絳綸電容，耐壓200V以上,；C11,、C12,、C13、C14要求耐壓35V以上,。定時(shí)電容C5,、C10要求容量準(zhǔn)確,，漏電較小,，最好用鉭電容，如果沒有鉭電容則應(yīng)采用耐壓25V以上的鋁電解,。C7,、C8、C11,、C12要緊靠IC4焊接,。
其他元件沒有什么特殊要求。
調(diào)試與安裝
先調(diào)發(fā)射部分,。輸入24V的直流電源,，當(dāng)調(diào)試開關(guān)處在斷開狀態(tài)時(shí)，LED的紅燈會以大約1秒的周期閃亮,，這說明IC2工作正常,。合上圖2a中的調(diào)試開關(guān)SA，使振蕩部分連續(xù)工作,，這時(shí)紅燈將一直點(diǎn)亮,。檢查各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)是否正常，這時(shí)整機(jī)電流約50mA,，其中VT3的漏極電流約20mA左右,。如果24V和9V兩點(diǎn)的電壓正常，可用示波器檢查各關(guān)鍵點(diǎn)的波形,。
當(dāng)各點(diǎn)波形基本正常后,，用一個(gè)2200pF的絳綸電容（耐壓250V）和一個(gè)1000pF的可變（可用多連可變并聯(lián)而成），仔細(xì)調(diào)整可變使整機(jī)電流最小,。量出并聯(lián)的總電容,，將一個(gè)或數(shù)個(gè)并聯(lián)的固定的等效電容替換原來的固定和可變電容，并在線路板上焊好,。
斷開維修開關(guān)SA使振蕩器工作于間歇狀態(tài),；旋轉(zhuǎn)Rp到最大使LED綠燈亮，逐漸將Rp減小,，使得LED的綠燈熄滅,，紅燈剛好閃亮。這時(shí)整機(jī)電流在10~20mA間擺動,。
將接收部分靠近發(fā)射線圈,，斷開接收部分的負(fù)載開關(guān)SA,，則接收器上的指示燈LED會和發(fā)射部分的LED同步閃亮。同樣,，用一個(gè)0.01μF左右的固定電容接到諧振線圈的兩端,，逐步拉開發(fā)射線圈和接收線圈的距離，同時(shí)適當(dāng)增減諧振電容的大小使指示燈最亮,。調(diào)整好后,，將電容固定下來，在線路板上焊好,。如果用示波器觀察諧振回路的波形,，應(yīng)該可以看到與發(fā)射線圈頻率相同的正弦波。
合上負(fù)載開關(guān)SA（圖2 b）,，將接收線圈置于發(fā)射線圈正上方的5~10mm處,，這時(shí)發(fā)射部分的雙色LED的綠燈會自動點(diǎn)亮，說明發(fā)射部分己檢測到負(fù)載,，并工作在連續(xù)狀態(tài),。如果再次移去接收線圈，綠燈隨即自動熄滅,，紅燈再次閃動,，說明智能部分的檢測功能正常。如果檢測功能不正常,，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整Rp,。
當(dāng)電路檢測到負(fù)載時(shí)，發(fā)射部分的總電流約200~300mA,，視負(fù)載輕重而變,。
無線供電臺燈
電路和圖2b基本相同，只是將作為假負(fù)載的50Ω電阻換成了4只串聯(lián)的大功率LED,。接收線圈用Φ1.2mm或更粗的漆包線做成圓盤狀的線圈,，其內(nèi)徑為67mm繞8匝，兩端各留25cm的引出線,，將來就作為小臺燈的支架,。
找一個(gè)光盤，去掉金屬鍍層,，在適當(dāng)?shù)胤姐@兩個(gè)小孔,，將繞好的線圈引線穿過光盤上的小孔，并將線圈粘合在光盤上,。
將4個(gè)1W的LED裝在自制的散熱器上,。
另找一個(gè)直徑80mm的小光盤（不必去膜）和一個(gè)大小適當(dāng)?shù)乃芰掀可w，作為制作臺燈的燈罩的原材料,。
制作過程見下面系列圖片,。
發(fā)射板元件面
發(fā)射板背面
裝發(fā)射部分的塑料盒
發(fā)射板裝在右邊
發(fā)射線圈裝在左邊
測柵極電壓波形
測漏極電壓波形
測源極電壓波形
做燈罩用的材料
將4個(gè)LED串聯(lián)后裝在散熱板上
做好后的燈頭正面
燈頭背面
臺燈正面
臺燈側(cè)面
臺燈背面
臺燈的底座
底座下面是接收線圈
發(fā)射已接電源,，空載電流很小，此時(shí)只有紅色指示燈在閃亮（圖片中看不到）,。
把臺燈放在發(fā)射線圈上方,，很亮哦，此時(shí)整機(jī)電流升到200mA左右,，盒子里面的綠色指示燈也亮了,。
小結(jié)
1．從場效應(yīng)管各點(diǎn)波形來看，輸出級的工作狀態(tài)并不十分理想,，尤其是源極電壓波形存在高次諧波,，這樣顯然會使電路的轉(zhuǎn)換效率降低,。究其原因,，應(yīng)該是因?yàn)闁艠O驅(qū)動電壓的波形過寬所致。如果使柵極波形改為更窄些的脈沖,，使場效應(yīng)管的導(dǎo)通角更小些,，估計(jì)效率會得到提高。
2．因制作時(shí)間比較倉促,，從24V變9V直接采用了7809模擬穩(wěn)壓電路,，其效率顯然是十分低下的，如果改用開關(guān)穩(wěn)壓電源,，則可大幅提高驅(qū)動部分的效率,，使電路在間歇工作狀態(tài)時(shí)更省電。
3．本裝置是模擬桌面無線供電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的,，所以發(fā)射線圈和接收之間的距離大于12mm,，這樣也使轉(zhuǎn)換效率有明顯下降，因?yàn)閮删€圈距離越大,，效率必然越低,。
4．無線臺燈只是無線供電的一種應(yīng)用，接收部分也完全可以用于無線充電,、水下LED燈或旋轉(zhuǎn)LED圖形顯示等領(lǐng)域,。
5．因?yàn)楝F(xiàn)成的無線供電模塊VOX330不容易買到，所以電源采用了24V直流,。如果手邊有高壓無線供電模塊,，直接采用220V交流電將會更具實(shí)用性。