试做笔记本电脑无线电源

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1、试做笔记本电脑无线电源 古人 笔记本电脑无线电源面临的问题 笔记 本 电脑 的有线 电源通 常为 2 0 V 3 A 左右。对于一般常见的开关 电 源来说，加上一些损耗，这个电源的贮 备功率要求在7 0 W以上 ，这是一个瓶颈 值 。在这个有线 电源 的功率接近极限值 的情况下，要用无线电源来实现与有线 电源相同的供 电和充 电功能，无疑是一 个极大的技术挑战，将面临以下多方面 的技术问题 ： 1 功率问题 2 效率问题 3 涡流问题 4 E MC问题 5 结构问题 无线供 电与有线供电在物理上的 主要区别是：无线供电不与用电器有物 理 上的连接 ，如果 把有线供 电的变压 器耦合看作一个封闭

2、系统 ，那么无线 供 电必须是一 个开放 式 系统 ，即能量 不是通过变压器磁芯来耦合 ，而是 以 电磁波辐射的方式由发射端经过一段距 离后传到接收端，因此损耗比有线电源 大得多，效率也低得多，更为麻烦的是 随之而来的涡流问题 、E M1 IS E MC问题 就显得十分突出在这样强大功率的 磁场下 ，涡流可能会导致笔记本 电脑 内 部 的元件尤其是芯片类 ( 包括CP U )严 重 发热 ，甚至损 坏 ；同时 ，由于 巨大 的电磁辐射，可能会对笔记本 电脑本 身、 电源 网络 以及周边 环境造 成严重 干扰，甚至威胁。另外 ，笔记本电脑 是一 个集成 度很 高的便携 式产 品 ，内 部 空间极

3、 为有 限 ，因此 ，要求 无线 电 源必须重量轻、体积小 ，才有可能嵌 入笔记本电脑内部。 电磁共振芯片介绍 所幸的是 ，芯片V ( ) 3 3 0 MP 0 5 S 和 V O X 2 O K 3 A 使笔记本 电脑的无线供 电成 为可 能 。这是 一对 基于 电磁 共振 的专 用大功率发射和大功率接收IC，具有较 高的发射和接收效率，其外观见图1 。 V O 3 3 0 MP 0 5 S是一块3 脚封装 ( 与T O一 2 2 0 # 当 )的 电磁共振 专用发 射芯片 ，具有高达1 0 0 W的发射能力 ， 而体积只有2 2 mm X 1 2 mm X 9 5 mm， 它 的 第 1脚

4、 为 电 源 端 ， 工 作 电压 9 1 2 V，3 N 为地 ，2 N 为输 出端 ，1C 内建振荡器、电压比较器、功率限幅 器、推动电路和功率输出管，其输出 端可承 受1 0 0 0 V 以上的高压脉 中，非常 适用于高压 驱动的应用 。图2 就是利用 2 2 0 V 整流后给电磁共振回路供电的一 个实例 。 图2 发射电路 图 1 图中C4 、T 1 和C 3 组成滤波网络 ， 串联于电网与发射电路之间，作用是 用于吸收发射 电路中的谐波反馈到电 网上 ，也可 以防止 电网上 的浪 涌 电压 对发射电路的影响。4 个二极管和C 2 为 整流、滤波 电路 ，直接将2 2 0 V 的市 电

5、 整流得到一个 约3 0 0 V 的直 流 电压 ，这 个 电压经L 1 T D Cl 组成 的并联谐 振回路 加到V ( 3 3 O MP 0 5 S 的输出端，图中D C 为一个1 2 V 1 0 0 m A的电源转换模块，为 lC 1 提供工作 电压 。 V O ( 2 0 K 3 A 是一块五脚厚膜封装 电 路 ，尺寸为3 3 mm X 3 0 mm X 6 3 mm， 内部集中了电磁共振所需要的相位检 测、电压检测、电流检测 、功率校正 等功能，其应用的工作原理图见图3 。 V OX2 0K 3 A需 要 提供 一 个 5 V的 工作 电压 ，工作 电流 约3 0 mA，可 由 L

6、M7 8 L 0 5 提供 ，2 脚上 的硅稳压管决定 了整个 电源的输 出电压 ，关系为 ：V o u t =D W + 1 2 V ，因此 ，不 同的稳压 管 图3接收电路 2 0 1 0 0 9无线电 0 7 3 将得到不同的输出电压 ，但稳压管必 须在92 4 V 之间选 择。A 1 $ i3 A 2 分别为 补偿输入和输出端 ，C1 为输入电容 ， L 1 I L 2 为两个 串联 的接收线圈 ，也可 以用一个线圈代替，V D 1 n v b 2 为整流 管，选用快速管或肖特基管，电流大 于3 A J 可 。L 3 、L 4 及C 4C 9 为滤波电 路，用于减少纹波，稳定电压。 笔

7、记本电脑无线电源的规划 无线电源可以免除电源线频繁插 拔的麻烦 ，也可以随时给笔记本电脑 电池充电，为使用者带来方便。但要 使用无线电源 必须解决上面提及的 多方问题。 1 空间结构问题 笔记本 电脑在使 用中，有一定 的发热 ，尤其是在夏天，发热更为明 显 ，不 少使 用者 均 为 之配 上 一 个 底 座 ，以帮助散热。 无线电源分为两部分 ，发射部分 可以装在底座上，接收部分置于笔记 本 电脑内部 ，中间有通风层 以便空气 对流，结构分布见图4 。 笔记本 电脑 内部结构是很充实 的，根本没有空间来放置无线电源的 接收电路 ，因此，若要实用，必须通 过 工程设计来 调整笔记本 电脑 的内

8、部 结构 ，但作 为实验 ，可以作如下调 整：将笔记本 电脑的光驱取出，将无 线电源的接收部分置于光驱的位置。 2 涡流的解决方法 当大面积的金属 ( 电和热的良导 体)置于电磁波中，就会产生涡流而 发热 ，电磁炉 就是利 用这个原理做成 的。在笔记本电脑中，是绝对不允许 这种情况存在的。笔记本电脑中的高 密度电路，特别是C P U 等内部有许多回 路，若将它们置于电磁场中，无异于 一块大面积金属，势必发热严重 l如 何解决它? 0 7 4 无线电2 0 1 0 0 9 _ l 胶垫 充电座 通风层 图4底座与笔记本电脑 的关系 图6 发射板 ( 俯视) 图8 发射底座 ( 俯视) 要消除涡流

9、，关键是不能让 C P U 等高 密度器件 工作 于 电磁 场 中，因此 必须在接收线圈的上方增加一层隔离 层，阻止电磁波进步往上面传播 ，隔 离层可以用反波材料，要求有一定的厚 度 ， 如图 5所示。防护层可以是金属片 ， 以吸收经过隔离层后的剩余 电磁波，当 然它会因此发热，所以隔离层的品质不 仅影响发热，也严重影响电源的整体效 率。防护层兼做散热片，所有发热元件 全部用散热胶贴于上面。 3 E MI ： fl E MC 解决方法 E M眭 要有两方面 ，即传导干扰和 辐射干 扰 图2中的C 4 、T 1 $ 1 0 3 可 以 很好地消除前者。至于后者 ，也可在 发射线圈的下方 ，增加隔

10、离层和防护 层，以最大限度地减少电磁波的对外 辐射。当然 ，接收电路的品质，特别 图5发射和接收的层次关系 图9 发射底座 ( 仰视) 是材料的品质，是减少 电磁辐射、提 高效率的关键，而P C B 的质量与线圈的 品质在减少二次谐振和谐振辐射方面 起着重要的作 用。 笔记本电脑无线电源的制作 1 发射器和底座的制作 发射器主要由发射线路板和发射 线圈板两部分组成。 发射线圈板共有4 层，从上到下分 别是 ：表面 绝缘防护层 、线圈层 、隔 离层和底面金属防护层，每一层之间 均用胶粘剂贴牢。发射线圈板的大小 约为1 0 o re见方 但底部的金属隔离层 必须长些 ，为1 3 c m左右，多出的

11、面积 主要用于安装发射芯片V ( ) 3 3 0 MP 0 5 S 并作为芯片的散热器。 发 射 线 路 板 上 的 DC模 块 选 用 图1 0 接收线路板 ( 仰视 ) 图1 1接收线路板 ( 俯视) 图1 2 接收板 ( 俯视 ) 图1 3 模块与光驱的比较 图1 4 用无线 电源 的笔记本 电脑 体 积 小 的AC D C，A C2 2 0 V输 入 ， 1 2 V 2 0 O mA 输 出即可 ，这个 电源除了为 发射芯片提供2 03 0 mA I作 电流 ，也 是外接风扇的电源。发射芯片必须卧 装 ，以便全 面贴在散 热 片上 ，即底 面 金属防护层上，如图6 和 图7 所示 。

12、取一块 塑料板 ，大 小与笔记 本 电 脑相当，在对应于光驱 的位置 ，用螺丝 将发射板固定于下方，在靠近发射板的 附近挖一个孔，用于安装风扇。当然还 得装上4 个胶质脚垫 ，同时别忘 了将 电 源线的输入 端固定 ，以免使 用中脱落或 断裂而导致事故 ，如图8 4 n 图9 所示。 2 接收器 的制作 接收 器也 由接 收线路板 和接 收线 圈板两部分组成 。 接 收 线 路 板 的 尺 寸 约 为 1 0 c m X 3 c m，板上有几个元器件必须安 装在散热器上，即整流管V D 1 、V D 2 I：1 接 收芯片V O X 2 0 K 3 A 。如图1 0 和图1 1 所示。 接收线

13、 圈板 的结构 与发射线 圈板 相同 ，也分为4 层 ，但 排列方向刚好相 反 ，从 上到 下分别是 ：顶 面金属 防护 层、隔离层、线圈层和表面绝缘防护 层 。金 属防护 层也 用作 散 热片 ，几个 附表 试做笔记本电脑无线电源 天线厚度 5 mm 包括隔离层和防护层在内 P C B 厚度 鬈 I 5 m m 舍散 孽霞、 俐 爱 麓 尺寸 1 3 5 mm X 1 0 0 mm 发射与接收相同 发射电鹰 2 2 0 V 发射空载电流 0 0 4 A 无接收部分 发射空载电流。 0 O 5 A 一 有接收部分但不给笔记本电脑 奄 蠹 负载电流 0 _ 2 8 O 3 g A 笔记本 电脑正

14、常工作并充电 接收输出电 压 2 0 V 0 C + 0 ： 5 V 接收输出电流 充电3 0 A DC 不充电时1 8 A D O 纹波电醢 5 0 1 0 0 VD C 。 誊 发射模块温度 4 2 气温2 8 “C1 小时 空气对流 气温2 8 “C t l 小时? 笔记奉急脑 疆 接收模块温度 5 8 “C 风 易热的元件紧贴其上 ，见图1 2 。 3 笔记本 电脑的改造 笔记本 电脑 内部需要 作 以下两方 面的改造 ： 首先将笔记本电脑的外 壳开启， 将光驱 的固定螺丝取下 ，这样光驱可 以 随时取下 ，以便为接收模块 留出空间 ， 要使用光-5 B ,1 - ，重新插回去即可。

15、模块 与光驱的大小如图1 3 所示。 另外 ，笔记本 电脑的外壳的内侧 有一 层 电镀 层 ，是 用来 防止外部 电磁 干扰 的 ，电磁 波是 不能( 或不 易)透 过的 ，必须将光驱对应位置的电镀层 刮去 ，以适合 于 无线供 电的要 求。这 个位置 的 电镀 层被 刮去后 不会 影响笔 记本 电脑 的使 用，因为光 驱本 身是金 属结构 ，当光 驱插 回去后 ，就弥 补 了 原来的电镀层的位置 。 上述处 理能最 大限度 地保持 笔记 本 电脑 的原有 外观 和性能 ，不致 于 因 为这个实验而被破坏 。 最 后 将 接 收 模 块 插入 笔 记 本 电 脑中，将电源输出端与笔记本电脑插

16、好 ，并将笔记本 电脑置于发射底座 上 ，让 发 射 模 块 和 接 收 模 块 上 下 对 齐，保持约2 c ruS E 离 ( 注：距离太大， C S a ,l 增大，效率降低 ；距离太小，笔 记本 电脑与底 座之 间没有 间隙 ，不利 于散热)即可通电工作，见图1 4 。 总结 笔 记 本 电脑 无 线 电源 实际 上 是 一个集 功率 问题 、效 率问题 、涡流 问 题 、E MC问题和 结构 问题 于一体的综 合解决 方案 ，这些 问题 是相 互影响 、 相互制约的，单独考虑其中的任何一 个 问题都 是没 有实际 意义 的。比如 ， 涡流的处理实际上是减少辐射、提高 效率 的过 程 ，二次辐射 少 了 ，