簡(jiǎn)易無(wú)線供電

看人家搞旋轉(zhuǎn)LED看得眼熱，自己也打算搞一個(gè)玩耍玩耍。電路初步確定后在供電方式上卻犯了難。目前，常用的供電方式有三種：（1電池供電；⑵電刷送電；（3無(wú)線供電。電池供電只適用于搖搖棒等短時(shí)間使用的裝置，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的裝置就不合適。比如能顯示時(shí)間的旋轉(zhuǎn)LED，每次電池用完，重?fù)Q電池就夠煩心了，換了電池還得重新調(diào)整日期、時(shí)間，那簡(jiǎn)直可以用“痛苦”二字來(lái)形容。第二種方一一電刷，可以工作任意長(zhǎng)的時(shí)間（如果不停電的話）。不過(guò)，電刷總是有磨損的，業(yè)余條件下很難找到合適的高質(zhì)量的電刷，可能還等不到供電局下達(dá)停電通知，電刷就先行罷工了；所以我再三考慮，決定用無(wú)線供電的方式，盡管無(wú)線供電方式要求的技術(shù)高一點(diǎn)，能量轉(zhuǎn)換效率低一點(diǎn)，電磁波干擾大一點(diǎn)，那也只好將就一點(diǎn)了。一個(gè)旋轉(zhuǎn)LED究竟需要消耗多大的電能呢？我們來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算。假設(shè)我們采用16個(gè)高亮度LED，工作時(shí)每個(gè)LED耗電10mA，單片機(jī)的自身耗電較少，暫且忽略不計(jì)，則電路所耗電流的最大值為160mA。電壓取3.3V。所以總的功耗約0.5W。再考慮穩(wěn)壓電路的損耗，總功率取1W大概夠了。下面我們就按這個(gè)要求設(shè)計(jì)電路。首先找到有關(guān)資料，借鑒別人現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，少走點(diǎn)彎路總是不錯(cuò)的。下面圖1圖2便是比較典型的線路：圖1用普通三極管，圖2用場(chǎng)效應(yīng)管。我把這兩個(gè)電路都試裝了一遍?；旧夏芄ぷ?，但不怎么理想。Vcc2X18V11AO——A512kHz（2IHz）C5104-Vccl10VLQ（5V）1/S4069C6470^——C4^LI

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VT18050?VD1N414S丫IX—C7丁3900pVcc2X18V11AO——A512kHz（2IHz）C5104-Vccl10VLQ（5V）1/S4069C6470^——C4^LI

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4069VT2C2335R3560（150）■*-L23迎220^112+%y51G*2WLLL2贈(zèng)用中0“5以上的線在直徑了0皿的圓筒上繞9匝圖1loriaUKBilinwww.crystairadIo,cn實(shí)測(cè)發(fā)射方供電電壓18V，電流I1=80mA；接收方接上負(fù)載R5后，輸出電壓為4V。電能傳輸效率為2■二U2/R5=4M/51Vcci*Ii18*0v08這個(gè)效率顯然是不夠滿意的。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)：不論接收線圈L2是否靠近發(fā)射線圈L1，VT2損耗的集電極電流都是80mA不變，這無(wú)疑是一個(gè)很?chē)?yán)重的缺點(diǎn)！我們?cè)賮?lái)看圖2,看看場(chǎng)效應(yīng)管能否勝任無(wú)線供電這份差事。

Vcc215VIIO?-C5104■512kHz(2IHz)R1IIC6470M-工Jt—丁C4豐LI'3900pVccl5V*—Q1/64069r-@40S95kSC3VT1i，以LRF6305只反相器并!■IIILLL2均用您0.5以上的線在直徑Vcc215VIIO?-C5104■512kHz(2IHz)R1IIC6470M-工Jt—丁C4豐LI'3900pVccl5V*—Q1/64069r-@40S95kSC3VT1i，以LRF6305只反相器并!■IIILLL2均用您0.5以上的線在直徑也imn的圓筒上繞9匝"TClC227pj_27p圖2曠舊收音祁www.crystaladfo,cn漏極電壓波形舊債卮喉音imEj^www.crvstakadlo,cn從電壓波形來(lái)看，失真是相當(dāng)?shù)拇?，而且波形的幅度很小。漏極電壓波形首先設(shè)法增大柵極的波幅，這比較容易，把Vcc1從5V加大到7V！這時(shí)漏極電流也隨之增到200mA。接收端加上負(fù)載R5后U1的電壓僅有2V左右，相應(yīng)的VT1的波形如圖4。有沒(méi)有負(fù)載同樣不影響VT1漏極電流的大小?？磥?lái)用場(chǎng)效應(yīng)管還不如普通三極管！

www.crystalradiomenwww.crystalradiomen是不是本人手藝太差才導(dǎo)致這樣的結(jié)果呢？我們不妨看原資料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。據(jù)原資料稱(chēng)：按上述電路制作，當(dāng)發(fā)射方的電流電壓分別為15V和48mA時(shí)，可以給接收方的手機(jī)鋰電池提供60mA的充電電流，考慮到鋰電池的限流電阻還產(chǎn)生了部分壓降，設(shè)接收端的總電壓為5V。按此計(jì)算，該電路的輸出功率和電能轉(zhuǎn)換效率分別為0.3W和40%。效率勉強(qiáng)說(shuō)得過(guò)去，功率似乎太小了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足給旋轉(zhuǎn)LED燈提供電源的要求。功率和效率上不去的原因究竟何在呢？從圖3和圖4的波形上看，主要是因?yàn)楣β使軟](méi)有工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。而導(dǎo)致這種情況的根本原因在于VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極-源極間和漏極-源極間有著很大的極間電容。一般，CGS一般約幾百至上千pF，CDS一般約幾百pF。難怪我們看到的柵極電壓波形的幅度減小，失真變大。針對(duì)上述情況，我對(duì)電路作了相應(yīng)的改動(dòng)，見(jiàn)圖5。Vcc215VC5'104X512kHz并聯(lián)I"(?)VDIFR107SWLL筋埼用也0.5以上的線在直徑TOmrn的圓有上繞9匝圖5曠舊收音機(jī)與圖2相比，在VMOSVcc215VC5'104X512kHz并聯(lián)I"(?)VDIFR107SWLL筋埼用也0.5以上的線在直徑TOmrn的圓有上繞9匝圖5曠舊收音機(jī)通電后用示波器觀察VT3的柵極電壓和漏極電壓波形，發(fā)現(xiàn)波形大為改善，見(jiàn)圖6。www?crvstairadio,cn隨著波形的改善，電路的工作效率也獲得極大的提高。當(dāng)不加任何負(fù)載時(shí)（L2遠(yuǎn)離L1）,I1僅24mA；L2與L1緊耦合時(shí)，I1一下增加到300mA。同時(shí)負(fù)載電阻R5上獲得了12V的電壓，折合功率為2.8W！電能轉(zhuǎn)換效率為：q-U“Rs_12勺51_;-Vcci*Ii-15*0.3一"7'這個(gè)結(jié)果，應(yīng)該說(shuō)是很滿意了°2.8W的功率供給旋轉(zhuǎn)LED燈使用已是綽綽有余，效率達(dá)到62.7%還有什么可抱怨的呢？（L1和L2之間的距離拉開(kāi)后功率和效率都會(huì)有些變化），只是還有點(diǎn)美中不足的是：L2和L1之間的距離對(duì)U2的影響極大，有時(shí)兩者間的距離只稍須變動(dòng)了一點(diǎn)點(diǎn)（不到1毫米），U2就從12V左右一下子跌到6?7V，也就是說(shuō)U2的穩(wěn)定性還有待提高。我估計(jì)是因?yàn)檎麄€(gè)電路是裝在面包板上的試驗(yàn)電路，元件引腳和連接導(dǎo)線都比較長(zhǎng)，因此產(chǎn)生了寄生振蕩而引起的，這要待重新設(shè)計(jì)印刷電路板才能見(jiàn)分曉。不過(guò)，穩(wěn)定地輸出11V左右的電壓是不成問(wèn)題的。為了更適合于旋轉(zhuǎn)LED燈的供電，縮小安裝空間，我把線圈的外形從圓筒狀改成了圓盤(pán)狀，見(jiàn)圖7。

圓盤(pán)線圈的內(nèi)徑為7.2mm，外徑為8.2mm，用①0.5左右的漆包線繞8匝。圖5電路中的C4、C9的容量也分別改為5600pF和9100pF。同時(shí)接收方的整流電路也用4只1N4148接成橋式整流。見(jiàn)圖8。1N4148X4圖8ITISU攵音iHlwww.crystalradio,cn線圈經(jīng)改動(dòng)后，無(wú)負(fù)載時(shí)VMOS管的靜態(tài)電流小于30mA；最大輸出功率增加到3.84W，相應(yīng)的漏極電流為0.4A，效率下降到56%（最大功率時(shí)）。如果斷開(kāi)接收方的51歐負(fù)載，1N4148X4圖8ITISU攵音iHlwww.crystalradio,cn接下來(lái)，我又試了不同工作頻率對(duì)電路的影響。換用1MHz的晶體，經(jīng)調(diào)試后，同時(shí)將C4和C9分別換成1200pF和2400pF。無(wú)負(fù)載時(shí)，I1靜態(tài)電流僅6mA。當(dāng)L1與L2距離最近時(shí)，U2可達(dá)12V左右。適當(dāng)拉開(kāi)距離使U2為10V，這時(shí)對(duì)應(yīng)的I1為0.2A，電能轉(zhuǎn)換效率為66%。斷開(kāi)負(fù)載，兩線圈相距200mm還能點(diǎn)燃LED。關(guān)于其他頻率……嗯，我有點(diǎn)累了，以后有機(jī)會(huì)再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)吧。最后，根據(jù)我的制作體會(huì)，給對(duì)此有興趣的愛(ài)好者幾點(diǎn)忠告：L1、L2一定要配上大小合適的諧振電容，諧振的好壞直接影響傳輸距離、輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。這項(xiàng)工作最好有示波器監(jiān)視，避免諧振在高次諧波的頻率上（參見(jiàn)圖8）。諧振電容一定要用質(zhì)量好的，要求電容器量穩(wěn)定，耐壓大于Vcc2的3倍以上。比如可以用絳綸

電容，聚乙烯電容等。建議不要用瓷介電容。雖說(shuō)傳輸能量時(shí)，波形不是很重要。但是失真太大就會(huì)使功率管工作在線性區(qū)，而非工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這樣將使電能的轉(zhuǎn)換效率大幅度下降。例如：圖3、圖4的波形就很差，工作在這種波形下，電路的效率一定是低下的。圖9所示的波形就比較理想，這種波形表示功率管大部分時(shí)間工作在飽和區(qū)和截止區(qū)，過(guò)渡狀態(tài)占用的時(shí)間很少，所以效率肯定不會(huì)差到哪里去。9www.crysialradio,cnIC1(CD4069)的一個(gè)反相器用作晶振，剩余的5個(gè)反相器都并聯(lián)起來(lái)，以增加帶負(fù)載能力。CD4069的供電電源Vcc1最好能夠調(diào)整，所以我采用LM317作為穩(wěn)壓。它的輸入就用Vcc2(15?18V)，輸出根據(jù)需要調(diào)到5?7V。如果減小Vcc1時(shí)I1立馬下降，那就說(shuō)明Vcc1偏?。环粗?，如果增加Vcc1，I1不再增加，則說(shuō)明Vcc1已經(jīng)足夠了。輸出功率顯然與Vcc2的大小有關(guān)，Vcc2的值越大，電流I1就越大，負(fù)載電阻R5所得到的功率也越大，但這些都受VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的功率和耐壓的制約。無(wú)線供電電路的工作頻率不可太高，頻率越高對(duì)VMOS管的要求也就越高，目前高頻特性滿足這種要求的VMOS管還不容易找到。所以我們通常選擇電路的工作頻率為200kHz?1MHz為宜。頻率越低，Vcc2的電壓越高，就要求L1的電感量越大。所以當(dāng)我們大幅度改變工作頻率或工作電壓時(shí)就得考慮改變L1的電感量來(lái)適應(yīng)。場(chǎng)效應(yīng)管和諧振電容的耐壓至少要大于電源電壓(Vcc2)的3倍以上，尤其是當(dāng)Vc