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减少充电耗能的无线充电应用

导读: 无线充电技术其实并不是新东西,只是设计方案因为早期因为无线充电技术无法达到高功率、高速充电与安全性考量问题,仅能将无线充电技术应用于低功率、小电力的设计方案...

  传统充电器单价低 空载耗能往往造成更大浪费

  例如,若5W充电器在进行充电过程中的耗能约产生2~3W的供应电源,取较高3W计算一小时的充电时间,搭配能源转换效率为70%的设计方案,等于在充电过程已产生一小时4.3W耗电,若充电器插在电源插座一整天(即23小时空载/1小时进行充电程序),那代表23小时内每小时损耗0.15W电能,23小时总产生3.45W耗能,充电时的耗能加上空载耗能等于整天下来损失了7.75W.

  从计算过程会发现,传统充电器的消耗能量,会因为待机空负载的耗能白白浪费能源,若是以两个充电器在近似的使用情境下使用,等于是一天光两组充电器就会损耗15.5W能源。以此为基础来对比无线充电解决方案时,即便目前透过无线机制传送的电能会有近30%的功耗损失,但因为多充电设备的无线充电盘进行整合,只要能在空载功耗有效压低在100mW,只要是一组以上的有线充电器应用条件,无线充电器的整体功耗就可明显优于有线充电器方案。

  无线充电技术设计复杂 线圈尺寸、角度、传输方式都会影响能量传递

  再来观察无线充电设计方案的塬理与结构,无线充电解决方案,主要是利用能量转换成无线传输后,利用感应耦合电能的传输过程,进行电能的无线传递,基本上由Tx(发射端)将交流电通过线圈形成磁场后,再利用Rx(接收端)的线圈进行感应产生电压差,而这种透过无线过程传递在Rx端线圈形成的电压差,就可以用于直接驱动电子装置的供应电源,或是经由Rx线路转换变压后形成对电池充电的电力来源。

  至于电能的传输效率,其实决定在Tx/Rx间的耦合(k)值与品质(Q)参数的差异,而影响耦合与品质的关键相当多,例如Tx/Rx两方的距离、相对尺寸、线圈设计、线圈角度、线圈形状等都会有影响。

  一般而言,要令无线充电的电能传输效率提高,有许多作法,例如将Tx/Rx之间的距离尽可能缩小,即距离越短、无线充电效能表现即越高!另外,Tx/Rx两者的线圈尺寸差距越大,能源传输效率也会相对降低,若要达到无线充电的高效率传递能源目的,碍于能量的传递限制,应该尽可能减少Tx/Rx的距离、Tx/Rx两方的线圈设计也尽可能接近采取同样尺寸,即可达到最佳的传输效率。

  无线充电解决方案已在安全性、实用性大幅改善

  但在设计无线传输应用方案时,若传输能量密度增加,也会代表传输过程所造成的能量耗损将会以热的形式耗损,亦即传输能量越高、充电过程产生的热也会因此增加的物理现象,而对无线充电方案设计来说,应最大化的针对系统问题进行优化,透过降低功率耗损的同时,也能进一步改善充电过程所产生的热问题,如果为了提高充电能量密度提昇充电效能,但却还必须为Tx与Rx设置主动式散热设计(如风扇),这就会造成强制驱动风扇进行散热的额外功耗浪费,与整体充电系统的电能节约设计目的产生冲突。

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