Беспроводная «батарея» питает маломощные устройства
Carlos Cossio, EDN
Беспроводное подключение - это растущая тенденция в портативных потребительских гаджетах. Однако конструкции не могут обеспечить истинной мобильности из-за короткого времени автономной работы, поэтому все равно нужен шнур питания, чтобы подключать устройство к электросети для получения необходимой энергии или подзарядки аккумуляторов. Однако, благодаря низким требованиям к энергопотреблению современных электронных устройств, их можно питать без проводов. В этой статье описан простой подход к беспроводной передаче энергии маломощным устройствам на расстояние до 10 см. В схеме, работающий на частоте 13.56 МГц, используется принцип резонансно-индуктивной связи. Система состоит из радиочастотного передатчика энергии и радиочастотного приемника энергии.
Схема передатчика, содержащая генератор, работающий на частоте, 13.56 МГц, показана на Рисунке 1. Генератор основан на КМОП инверторе CD4069, питающимся от батареи 9 В для получения большого размаха напряжения. Далее сигнал генератора подается на двухтактный выходной каскад, состоящий издвух малосигнальных MOSFET, обеспечивающих достаточный ток в выходной катушке. Выходной сигнал излучается наружу с помощью последовательного резонансного LC-контура, включающего катушку и переменный конденсатор емкостью 60 пФ, настроенного на частоту 13.56 МГц.
Рисунок 1. Простая схема генератора 13.56 МГц питает катушку
антенны, передающую энергию приемной схеме на Рисунке 2.На Рисунке 2 показана схема приемника с LC-цепью, настроенной на несущую частоту 13.56 МГц, которая состоит из катушки и включенного параллельно переменного конденсатора емкостью 60 пФ. Мостовой выпрямитель, содержащий четыре диода 1 N4001, выпрямляет высокочастотную мощность. КПД выпрямления составляет примерно 50%. Для того, чтобы выходное напряжение достигало 3.3 В, переменное напряжение на выводах катушки должно составлять 9 В пик-пик. Параллельный стабилизатор на стабилитроне 3.3 В обеспечивает ограничение напряжения выше 3.3 В, предотвращая вариации уровня мощности при изменении расстояния. Конденсатор 1 нФ после выпрямителя выполняет блокировочную функцию. Две идентичные спиральные антенны сделаны из пяти витков эмалированной медной проволоки диаметром 1 мм, свернутой в форме прямоугольника размером 50x60 мм.
Рисунок 2. Приемник выпрямляет сигнал генератора на Рисунке 1,
питая маломощные потребительские устройства.Если приложение должно работать на большем расстоянии, схему можно улучшить, увеличив напряжение источника питания до 15 В для увеличения размаха напряжения на катушке передатчика, что позволяет КМОП микросхема, используемая в схеме генератора. Кроме того, дальность действия можно увеличить, если со стороны передатчика и приемника использовать катушки большего размера.