1、目前广泛使用的无线鼠标采用电池供电。更换电池给用户带来不便。在此给出一种适用于无线鼠标的无接触供电(Contact-less Power Transfer，CPT)电路，它包括无接触供电初级电路和次级电路 2 部分。供电装置采用 USB 供电，电压为 5 V，通过自激振荡电路产生 138 kHz 左右的高频振荡电压，经鼠标垫内置的无接触耦合初级载流线圈 L31 输出。无线鼠标内置次级载流线圈 L32，它采用无接触感应耦合方式获取电能，再由 MC34063 集成稳压芯片构成 BUCK 稳压电路，负载电压为 31V。1 无接触供电电路原理图 1 为无接触供电电路原理图。分裂电感 L21，L22 和
2、功率开关管 Q1，Q2 构成自激推挽式变换器电路，每一个开关管的控制电压分别取自另外一个开关管的两端电压。11 无接触供电电路工作原理理想状态下，2 个开关管的参数相同。初始时刻，开关管 Q1，Q2 都处在关断状态。当电路接通时，电源电压同时作用于开关管的控制端，使它们同时导通。由于实际电路元件参数并不完全相同，2 个开关管两端的电压不相等，如 Q1 的端电压较低，则 Q2 的控制电压较低，使 Q2 的端电压更高，从而使 Q1 的控制电压更高，使 Q1 的端电压更低，这样就形成了正反馈，最后 Q2 完全关断，而 Q1 完全导通。随着谐振电容 C3 两端电压的改变，2 个开关管在电压过零时交替导
3、通和断开，系统自动运行在 ZVS 模式下。L31，L32 组成无接触耦合变压器，其中 C3，C4 为初、次级补偿电容，初级变换器和初级载流线圈 L31 属于固定不动部分；次级感应线圈、次级变换器和负载为可移动部分。初、次级之间不存在电气连接。D1，D2 和 C5，C6 构成升压整流电路，经 L4，C7 滤波后由稳压芯片 MC34063 构成 BUCK稳压电路。通过数学分析建立系统模型，并用 PSpiee，Proteus 软件进行相关仿真分析，得到无接触电能传输设计方案。12 无接触耦合变压器工作原理如图 2 所示，次级线圈的负载近似为纯阻性负载 RL。初级线圈的电流为 ，两端电压为 ，次级电流
4、为 为初级电流 在次级的感应电压值， 为次级电流 在初级线圈的感应电压值。根据图 2 中给出的电路的方向，可得初级、次级回路的方程为。根据式(3)，式(4)，次级线圈 L32 等效为一个电流源。其中 2M2Z32 称为次级反映阻抗，它是次级的回路阻抗通过互感反映到初级的等效阻抗。反映阻抗表示次级电路负载对初级电流的影响，直接反映了系统的功率传输能力。13 次级电路分析D1，D2 和 C5，C6 构成升压整流电路。次级线圈 L32 等效为电流源电路，次级电流 近似为正弦波。通过 PSpice 仿真分析，采用升压整流电路与全波整流电路相比，在额定负载条件下，无接触耦合变压器初级载流线圈 L31 电
5、压峰值提高 32，带负载能力增加 3 倍多。在整个电路设计中 G 容量的选择至关重要。次级电容补偿电感产生的功率因数降低问题，其容量过大则次级带负载能力降低。为了简化分析，将 G 及后边的电路等效为一个电阻 R、一个电容 C 和一个电感 L 并联等效，将次级载流线圈 L32 用一个电流源 IS 等效替代，则得到简化的次级等效电路如图 3(a)所示。根据这个等效电路，得到 KCL 方程：则负载电流 IR 和电容 C 的关系可用下式表示：式中： 表示振荡频率；Voc 表示电流源 IS 的开路电压。根据式(6)可绘制出负载电流 IR 和电容 C 的关系曲线如图 3(b)所示。可以看出当电容接近谐振点
6、，负载电流最大，也即输出功率最大。2 实验结果设计输入电压 Uin=5 V，Uo=31 V 的无接触供电电路如图 4 所示，负载为无线鼠标电路，测试负载范围为 60273 mW。满输出负载为 91 mA，273 mW，电路效率为 52，工作频率 f=138 kHz。实验证明电路可行。3 结语通过理论分析建立了无接触耦合变压器模型。采用了升压整流电路，克服了低电压条件下无接触耦合次级线圈电压低的缺陷，电路具有 ZVS 软开关特性。经理论分析，该电路带负载能力最大可达到 350 mW。由于无接触次级载流线圈 L32 近似为电流源，当负载增加时输出电压也随之减少，电路具备过电流自动保护功能，不需额外提供过流保护电路。
