用于无线鼠标的无接触供电电路
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3．1v。
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。
1．1 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。
1．2 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ω2m2／z32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。
1．3 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：ω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，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=3．1 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60～273 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。
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1．1 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。
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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ω2m2／z32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。
1．3 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电压峰值提高32％，带负载能力增加3倍多。
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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：ω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，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=3．1 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60～273 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。
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