引言
目前廣泛使用的無(wú)線(xiàn)鼠標采用電池供電。更換電池給用戶(hù)帶來(lái)不便。在此給出一種適用于無(wú)線(xiàn)鼠標的無(wú)接觸供電（Contact-less Power Transfer，CPT）電路，它包括無(wú)接觸供電初級電路和次級電路2部分。供電裝置采用USB供電，電壓為5 V，通過(guò)自激振蕩電路產(chǎn)生138 kHz左右的高頻振蕩電壓，經(jīng)鼠標墊內置的無(wú)接觸耦合初級載流線(xiàn)圈L31輸出。無(wú)線(xiàn)鼠標內置次級載流線(xiàn)圈L32，它采用無(wú)接觸感應耦合方式獲取電能，再由MC34063集成穩壓芯片構成BUCK穩壓電路，負載電壓為3.1V。
1 無(wú)接觸供電電路原理
圖1為無(wú)接觸供電電路原理圖。分裂電感L21，L22和功率開(kāi)關(guān)管Q1，Q2構成自激推挽式變換器電路，每一個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制電壓分別取自另外一個(gè)開(kāi)關(guān)管的兩端電壓。
1.1 無(wú)接觸供電電路工作原理
理想狀態(tài)下，2個(gè)開(kāi)關(guān)管的參數相同。初始時(shí)刻，開(kāi)關(guān)管Q1，Q2都處在關(guān)斷狀態(tài)。當電路接通時(shí)，電源電壓同時(shí)作用于開(kāi)關(guān)管的控制端，使它們同時(shí)導通。由于實(shí)際電路元件參數并不完全相同，2個(gè)開(kāi)關(guān)管兩端的電壓不相等，如Q1的端電壓較低，則Q2的控制電壓較低，使Q2的端電壓更高，從而使Q1的控制電壓更高，使Q1的端電壓更低，這樣就形成了正反饋，zui后Q2完全關(guān)斷，而Q1完全導通。隨著(zhù)諧振電容C3兩端電壓的改變，2個(gè)開(kāi)關(guān)管在電壓過(guò)零時(shí)交替導通和斷開(kāi)，系統自動(dòng)運行在ZVS模式下。
L31，L32組成無(wú)接觸耦合變壓器，其中C3，C4為初、次級補償電容，初級變換器和初級載流線(xiàn)圈L31屬于固定不動(dòng)部分；次級感應線(xiàn)圈、次級變換器和負載為可移動(dòng)部分。初、次級之間不存在電氣連接。
D1，D2和C5，C6構成升壓整流電路，經(jīng)L4，C7濾波后由穩壓芯片MC34063構成BUCK穩壓電路。
通過(guò)數學(xué)分析建立系統模型，并用PSpiee，Proteus軟件進(jìn)行相關(guān)仿真分析，得到無(wú)接觸電能傳輸設計方案。
1.2 無(wú)接觸耦合變壓器工作原理
如圖2所示，次級線(xiàn)圈的負載近似為純阻性負載RL。初級線(xiàn)圈的電流為
，兩端電壓為
，次級電流為
為初級電流
在次級的感應電壓值，
為次級電流在初級線(xiàn)圈的感應電壓值。根據圖2中給出的電路的方向，可得初級、次級回路的方程為。
根據式（3），式（4），次級線(xiàn)圈L32等效為一個(gè)電流源。其中ω2M2／Z32稱(chēng)為次級反映阻抗，它是次級的回路阻抗通過(guò)互感反映到初級的等效阻抗。反映阻抗表示次級電路負載對初級電流的影響，直接反映了系統的功率傳輸能力。
1.3 次級電路分析
D1，D2和C5，C6構成升壓整流電路。次級線(xiàn)圈L32等效為電流源電路，次級電流近似為正弦波。通過(guò)PSpice仿真分析，采用升壓整流電路與全波整流電路相比，在額定負載條件下，無(wú)接觸耦合變壓器初級載流線(xiàn)圈L31電壓峰值提高32％，帶負載能力增加3倍多。
在整個(gè)中G容量的選擇至關(guān)重要。次級電容補償電感產(chǎn)生的功率因數降低問(wèn)題，其容量過(guò)大則次級帶負載能力降低。
為了簡(jiǎn)化分析，將G及后邊的電路等效為一個(gè)電阻R、一個(gè)電容C和一個(gè)電感L并聯(lián)等效，將次級載流線(xiàn)圈L32用一個(gè)電流源IS等效替代，則得到簡(jiǎn)化的次級等效電路如圖3（a）所示。
根據這個(gè)等效電路，得到KCL方程：
則負載電流IR和電容C的關(guān)系可用下式表示：
式中：ω表示振蕩頻率；Voc表示電流源IS的開(kāi)路電壓。根據式（6）可繪制出負載電流IR和電容C的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3（b）所示。
可以看出當電容接近諧振點(diǎn)，負載電流zui大，也即輸出功率zui大。
2 實(shí)驗結果
設計輸入電壓Uin=5 V，Uo=3.1 V的無(wú)接觸供電電路如圖4所示，負載為無(wú)線(xiàn)鼠標電路，測試負載范圍為60～273 mW。滿(mǎn)輸出負載為91 mA，273 mW，電路效率為52％，工作頻率f=138 kHz。實(shí)驗證明電路可行。
3 結語(yǔ)
通過(guò)理論分析建立了無(wú)接觸耦合變壓器模型。采用了升壓整流電路，克服了低電壓條件下無(wú)接觸耦合次級線(xiàn)圈電壓低的缺陷，電路具有ZVS軟開(kāi)關(guān)特性。經(jīng)理論分析，該電路帶負載能力zui大可達到350 mW。由于無(wú)接觸次級載流線(xiàn)圈L32近似為電流源，當負載增加時(shí)輸出電壓也隨之減少，電路具備過(guò)電流自動(dòng)保護功能，不需額外提供過(guò)流保護電路。