线圈经改动后,无负载时VMOS管的静态电流小于30mA;最大输出功率增加到3.84W,相应的漏极电流为0.4A,效率下降到56%(最大功率时)。如果断开接收方的51欧负载,两线圈相隔150mm还能点亮LED灯。
接下来,我又试了不同工作频率对电路的影响。
换用1MHz的晶体,经调试后,同时将C4和C9分别换成1200pF和2400pF。无负载时,I1静态电流仅6mA。当L1与L2距离最近时,U2可达12V左右。适当拉开距离使U2为10V,这时对应的I1为0.2A,电能转换效率为66%。断开负载,两线圈相距200mm还能点燃LED。关于其他频率……嗯,我有点累了,以后有机会再继续实验吧。
最后,根据我的制作体会,给对此有兴趣的爱好者几点忠告:
1. L1、L2一定要配上大小合适的谐振电容,谐振的好坏直接影响传输距离、输出功率和转换效率。这项工作最好有示波器监视,避免谐振在高次谐波的频率上(参见图8)。谐振电容一定要用质量好的,要求电容器量稳定,耐压大于Vcc2的3倍以上。比如可以用绦纶电容,聚乙烯电容等。建议不要用瓷介电容。
2. 虽说传输能量时,波形不是很重要。但是失真太大就会使功率管工作在线性区,而非工作在开关状态,这样将使电能的转换效率大幅度下降。例如:图3、图4的波形就很差,工作在这种波形下,电路的效率一定是低下的。图9所示的波形就比较理想,这种波形表示功率管大部分时间工作在饱和区和截止区,过渡状态占用的时间很少,所以效率肯定不会差到哪里去。
3. IC1(CD4069)的一个反相器用作晶振,剩余的5个反相器都并联起来,以增加带负载能力。
4. CD4069的供电电源Vcc1最好能够调整,所以我采用LM317作为稳压。它的输入就用Vcc2(15~18V),输出根据需要调到5~7V。如果减小Vcc1时I1立马下降,那就说明Vcc1偏小;反之,如果增加Vcc1,I1不再增加,则说明Vcc1已经足够了。
5. 输出功率显然与Vcc2的大小有关,Vcc2的值越大,电流I1就越大,负载电阻R5所得到的功率也越大,但这些都受VMOS场效应管的功率和耐压的制约。
6. 无线供电电路的工作频率不可太高,频率越高对VMOS管的要求也就越高,目前高频特性满足这种要求的VMOS管还不容易找到。所以我们通常选择电路的工作频率为200kHz~1MHz为宜。
7. 频率越低,Vcc2的电压越高,就要求L1的电感量越大。所以当我们大幅度改变工作频率或工作电压时就得考虑改变L1的电感量来适应。
8. 场效应管和谐振电容的耐压至少要大于电源电压(Vcc2)的3倍以上,尤其是当Vcc2选得很高时,更得注意。
9. 输出功率最大时一般并不是效率最高,往往当两线圈相距3~5mm时效率可达到最大,这和实际使用的情况倒是比较吻合。
10. 如果和找到性能更好的器件,我倒很想提高工作频率。一来频率越高,辐射能力肯定越强。还有一个好处就是线圈匝数也会相应减小,如果少到5匝以下,甚至只需2~3匝,那就可以把发射和接收线圈都做在PCB上,至少可以在接收端如此。如果能这样就太妙了。 暂且就想到这几点,余下的条条款款等各位来补充了。