一个简单的无线供电演示电路

“该电路使用 5伏 直流电压驱动红色、黄色和（偏蓝的）绿色LED。”

大多数无线供电系统的核心原理是电磁感应：当电流通过线圈时会产生磁场，而变化的磁场又会在线圈中感应出电流。

通过将两个线圈放在一起，就可以实现无线输电：当交流电流通过一个线圈时，会产生交变磁场，部分磁场穿过另一个线圈，从而在该线圈中感应出电流。

  

需要注意的是，磁场必须随时间变化才能在线圈中产生电压并传输功率。这意味着虽然理论上可以使用直流电，但这种方式效率极低，只能传输很小的功率脉冲。只有在线圈由超导体制成且电源可以提供无限电流的情况下，这种方式才能持续工作。

这种方法虽然可行，但效率很低，因为只有很小一部分磁场能穿过另一个线圈，大部分用于产生磁场的能量都无法传输。添加电容可以回收这些能量，当线圈中的电流下降时，电容会将磁场能量以电荷形式储存起来，并在交流周期的下一半周期将其释放回线圈：

接收端也可以采用同样的方法来储存和重复使用未使用的功率。

重要的是，任何线圈和电容的组合都有一个自然共振频率，在该频率下能量可以在电容和线圈之间转换。这个频率可以用以下公式计算，不过通常通过实验来确定更容易：

f = 1/（2π√LC）

实际上，计算这个频率并不必要，因为你可以通过调节发射端电容（或输入交流频率）来获得最低功耗，并调节接收端以获得最高电压或最佳传输距离。

构建一个实用系统只需要将一个调谐电路连接到振荡器（工作在电路的共振频率），并将负载（如LED）连接到匹配的调谐电路即可。

该电路基于阻塞振荡器，其中晶体管基极大部分时间保持负电压（关断状态），但当 L1 上的电压达到波形最低点时，晶体管会短暂导通，提供一个电流脉冲来维持振荡。这样振荡就会锁定在调谐电路的共振频率上，无需额外调整。 本文开头展示的装置使用了一个6厘米×6厘米、20匝的方形中心抽头线圈，工作频率为 3 MHz。绕制线圈时，首先在一个6厘米×6厘米的方形框架上绕10匝，然后留出一个线圈（建议将线圈扭几下以保持整洁），再按相同方向继续绕10匝完成线圈。这样就形成了两个共用连接的耦合线圈 L1 和 L2，它们的具体对应关系并不重要，但要确保将线圈（中心抽头）连接到电池。

只要 L1 和 L2 是单个中心抽头线圈，且接收端（L3 和 C3）调整到与发射端的共振频率相匹配，这种方案适用于大多数线圈和电容的组合。调整接收端最快的方法是用可变电容替代固定电容，调节到最佳传输距离和亮度，然后测量可变电容的值来确定最优电容值。

参考文献： https://10maurycy10.github.io/projects/simple_wireless_power/ 本文遵循 Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

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审核编辑 黄宇