1、做笔记本电脑无线电源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 20V/3A 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 70W 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.EMC 问题5.结构问题1.功率问题2.效率问题3.涡流问题4.EMC 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系统，那么无线供电必
2、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、EMI和 EMC 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 CPU）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 图 1所幸的是，芯片 VOX330M
3、P05S 和 VOX20K3A 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。VOX330MP05S 是一块 3 脚封装（与 TO-220 相当）的电磁共振专用发射芯片，具有高达 100W 的发射能力，而体积只有 22mm12mm9.5mm，它的第 1 脚为电源端，工作电压 912V，3 脚为地，2 脚为输出端，IC 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 1000V 以上的高压脉冲，非常适用于高压驱动的应用。图 2 就是利用 220V整流后给电磁共振回路供电的一个实例。图中
4、C4、T1 和 C3 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 C2 为整流、滤波电路，直接将 220V的市电整流得到一个约 300V 的直流电压，这个电压经 L1 和 C1 组成的并联谐振回路加到 VOX330MP05S 的输出端，图中 DC 为一个 12V/100mA 的电源转换模块，为 IC1 提供工作电压。VOX20K3A 是一块五脚厚膜封装电路，尺寸为 33mm30mm6.3mm，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。VO
5、X20K3A 需要提供一个 5V 的工作电压，工作电流约 30mA，可由LM78L05 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：Vout = DW + 1.2V ，因此，不同的稳压管将得到不同的输出电压，但稳压管必须在 924V 之间选择。A1 和 A2 分别为补偿输入和输出端，C1 为输入电容，L1 和 L2 为两个串联的接收线圈，也可以用一个线圈代替，VD1 和 VD2 为整流管，选用快速管或肖特基管，电流大于 3A 即可。L3、L4 及 C4C9 为滤波电路，用于减少纹波，稳定电压。发射电路 图 2接收电路 图 3发射和接收的层次关系 底座与笔记本电脑的关系 图 5 图
6、 4笔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
7、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 CPU 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！如何解决它？要消除涡流，关键是不能让 CPU 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，阻止电磁波进一步往上面传播，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
8、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。EMI 和 EMC 解决方法 3.EMI 主要有两方面，即传导干扰和辐射干扰，图 2 中的 C4、T1 和 C3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，特别是材料的品质，是减少电磁辐射、提高效率的关键，而 PCB 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。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
9、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 和图 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 10cm3cm，板上有几个元器件必须安装在散热器上，即整流管 VD1、VD2 和接收芯片 VOX20K3A。如图 10 和图 11 所示。接收线路板（仰视） 图 10 接收线路板（俯视） 图 11接收线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，几个易热的元件紧贴其上，见图 12。 接收板（俯视） 图 123.笔记本电脑的改造笔记本电
10、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，要使用光驱时，重新插回去即可。模块与光驱的大小如图 13 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
11、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 2cm 距离（注：距离太大，幅射增大，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 14。模块与光驱的比较 图 13 用无线电源的笔记本电脑 图 14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、EMC 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，涡流也就小了，效率就相应提高了；而结构问题是一个首要问题，因为结构直接影响到无线电源的的实
12、用性，如果结构不合理，可能导致笔记本电脑内部器件被干扰、发热，甚至于烧毁。经过上述处理后的笔记本电脑无线电源，接收模块可以直接插入笔记本电脑内部（先将光驱拔出），实现了无线供电和无线充电的功能。实测结果见附表。附 表项目 参数 备注天线厚度 5mm 包括隔离层和防护层在内PCB 厚度 15mm 含散热片厚度 1mm尺寸 135mm100mm 发射与接收相同发射电压 220V 发射空载电流 0.04A 无接收部分发射空载电流 0.05A 有接收部分但不给笔记本电脑供电负载电流 0.280.39A 笔记本电脑正常工作并充电接收输出电压 20V DC 0.5V接收输出电流 充电 3.0A DC 不充电时 1.8A DC纹波电压 50100V DC 发射模块温度 42 温 28/ 1 小时/空气对流接收模块温度 58 气温 28/1 小时/笔记本电脑内不通风
