使用無線電源，以提高便利性的可穿戴設備

　　可穿戴設備正迅速崛起為一個重要市場領域的電子設備。這些設備的一個關鍵要求是方便，不只是在訪問數(shù)據(jù)的移動，但要確保它有足夠的電池續(xù)航時間將持續(xù)一整天，而這樣做，每天的能力。如果用戶插入一個設備連夜它充電，有很高的概率，他們會忘記在某些情況下醒來的時候，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品是無法保持活躍的一天的休息。無線充電提供充電電子裝置的更方便的方法。取代必須插入一個迷你USB或類似的電纜插入設備，它可以被放置在充電墊，用戶可以保持在易于訪問的位置。如果無線充電系統(tǒng)被適當?shù)卦O計，多個設備可以充電在同一墊，減少重復，使用戶更容易取設備和充電器在旅行時。身打扮不是唯一的類型，可以從無線充電中獲益的電子設備。該技術(shù)已經(jīng)廣泛地用于電動牙刷和甚至被放大到在電動車輛電池充電。感應式充電的工作原理相同的基礎電力變壓器上。在墊的感應線圈產(chǎn)生一個已被拾起一個次級線圈中的裝置中的交變電磁場被充電那里它被轉(zhuǎn)換回可用的電流。象傳統(tǒng)的變壓器，基本感應充電需要在線圈之間接近，以提供高效率。否則，大量的損失所用的初級線圈通過電阻積聚。在更長的距離的能量傳遞的效率可以通過使用諧振感應耦合的使用，它們通過電感和電容負載的組合調(diào)諧到諧振在相同頻率的兩個線圈來改善。該共振使顯著功率從一個線圈發(fā)送到另一以上的距離長達線圈的幾倍的直徑。

　　圖1：負載調(diào)制用于數(shù)據(jù)跨越所述變壓器耦合進行編碼。

　　線圈電路的Q可以被調(diào)諧為高，使得一個相對激烈字段建成多個周期。在這個振蕩信號的功率比被送入線圈在任何一個時間更高。作為二次線圈可以收到此振蕩場的一小部分，并將其轉(zhuǎn)換，功率傳遞的量是比用常規(guī)的變壓器更高。使用電容變成為諧振抵消雜散電感和磁化電感中的發(fā)射機，減少了損失主要是線圈的繞組電阻，它們通常是間比的電感有關的損失低10倍和100倍。提供比以往的變壓器較高的Q，線圈經(jīng)常使用一個螺線管設計，這也有助于最小化皮膚的作用。介電損耗是通過使用低介電常數(shù)的絕緣體，或者只是空氣典型地最小化。在實踐中，線圈不總是調(diào)諧到精確的共振頻率。松散耦合系統(tǒng)只要能傳輸電力作為二次相交的磁力線一個合理的數(shù)字。通過匹配線圈更緊密的耦合更精確地可以提供更大的權(quán)力，但它不可能保持這種設計在同一時間在一起工作，在共振緊密耦合的線圈。這些電路可以被設計來操作只是偏共振，其中接收機的諧振頻率略有不同，以使發(fā)??射器。不幸的是，緊密耦合的線圈也未對準，這對消費者的應用中，用戶只需要放置在墊子上的裝置，而不必檢查的最佳取向和位置成功再充電的問題敏感。因此，用于充電，發(fā)射機可以使用多個線圈。這增加了設計的復雜性，但提供了更大的自由定位。線圈不需要重疊，這在生產(chǎn)過程中簡化了裝配，雖然重疊線圈提供更大的密度和在接收器安置因此更多的自由。為了解決讓單個發(fā)射機電荷不同設備的問題，需要的標準。目前正在使用的兩個主要標準的今天。通過聯(lián)盟無線電源促進了Powermat的系統(tǒng)是圍繞基于單一發(fā)射器線圈松耦合系統(tǒng)而設計的。所述無線充電聯(lián)盟的齊系統(tǒng)允許為許多不同的配置，包括松散地和緊密耦合的操作。大多數(shù)現(xiàn)有的發(fā)射機使用一個多線圈，緊密耦合配置。該標準也照顧能源管理，以確保充電墊沒有被激活，如果沒有要充電。例如，齊系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議來中繼橫跨線圈信號來檢查設備的存在，它是齊兼容。該標準允許的發(fā)射機，以改變開關頻率橫跨線圈110千赫之間，以205千赫茲的主要機制，用于控制電力輸送。齊使用線圈‘電壓的簡單負載調(diào)制來發(fā)送數(shù)據(jù)到該單元上的空氣間隙的另一側(cè)。從次級線圈通信使用的差分雙相位編碼方案，從2千赫的固定頻率下操作，以啟動位每8位傳輸之前加入。傳輸之后是奇偶校驗和停止位。

　　圖2：雙相位編碼提供發(fā)送二進制數(shù)據(jù)的能力。

　　有若干控制數(shù)據(jù)包可被發(fā)送。最常用的包的類型有：信號強度;控制誤差;結(jié)束電源的要求;和糾正功率電平。信號強度被用來幫助對齊在充電墊的是，隨著一個視覺或聽覺信號一起使用時，提供了指導到單位左右移動墊，直到信號足夠好的指示良好的功率傳輸?shù)挠脩粼O備。在控制錯誤分組指示錯誤的輸入電壓看到的接收線圈和它所需要的程度。發(fā)射機通常使用控制回路來調(diào)節(jié)提供給它的線圈上的電壓。如果誤差較大，則錯誤的數(shù)據(jù)包的頻率被設置為更高的量。數(shù)據(jù)包將被送到每32毫秒，直到誤差減小到閾值內(nèi)。從這一點出發(fā)，將數(shù)據(jù)包發(fā)送每隔250毫秒?？刂棋e誤的數(shù)據(jù)包是調(diào)整電力輸送有用。在輕負載時，接收器可以請求一個更高的電壓，以便能夠應付電流瞬態(tài) - 如果可穿戴設備從睡眠中喚醒，例如。在更高的負載電流時，便攜式設備可以請求一個較低的電壓，以避免在LDO穩(wěn)壓器的功率損耗。當該裝置被完全充電或感測的內(nèi)部故障，可能損壞電池，它發(fā)送一個最終功率請求。功率傳送也通過在整流的功率消息來控制。此中繼，該可佩戴裝置接收在其整流電路的輸出功率的量。發(fā)射機使用該信息來確定偶聯(lián)效率并且還制定出接收機是否已經(jīng)達到它的最大功率限制。發(fā)送的每個350毫秒到1800毫秒，所述發(fā)射機使用的情況下該數(shù)據(jù)包，以確定是否該裝置已經(jīng)從墊去除。整流功率消息也有助于與國外物體檢測。芯片組，支持齊協(xié)議和控制電力輸送相繼出臺。一個例子是東芝TB6865AFG為發(fā)射機。此高集成部分包括一個ARM Cortex-M3處理器來運行的自定義代碼和PWM控制器，以支持用于電力輸送的外部H橋??電路。所述控制器可以根據(jù)所述齊標準規(guī)范控制電源最多兩個設備并支持異物檢測。德州儀器bq51013設計用于次級側(cè)，提供交流/直流功率轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)一起發(fā)送命令到發(fā)射器所需的數(shù)字控制。整體bq5101x家族的成員采用的低電阻同步整流器，LDO和電壓和電流回路的控制器。除了控制器，制造商提供支持琪協(xié)議，旨在作為發(fā)射器，接收器或兩者現(xiàn)成的線圈。例如，AWCCA-50N50系列從ABRACON支持發(fā)射器和接收器的應用程序。線圈的直徑為略低于50毫米，高導磁率屏蔽裝置內(nèi)的保護電子。這些設計提供的Q因數(shù)的選擇：要么在70或160的范圍內(nèi)，將提供約20毫歐或70毫歐的直流電阻，分別。對于較小的可穿戴設備，TDK具有WR303050線圈，這降低了線圈包的大小為30×30毫米，厚度為只有1毫米。直流電阻是0.41Ω在室溫下。威世戴爾IWAS-3827提供的接收器與一個矩形的選擇，而不是方形足跡設計的靈活性，測量38毫米其長邊27毫米的短邊。厚度為1毫米和線圈提供的0.18Ω的直流電阻為30的典型Q值。

　　圖3：日前，Vishay戴爾線圈無線供電。

　　為了提供更集成的解決方案，TDK的TMX-66-2M7和TMX-58-2M7可以用德州儀器接收機芯片進行封裝，對于66毫米的總長度和厚度只有1毫米。其他無線充電選項從伍爾特電子它提供了多種WPCC和WE-WPCC系列無線充電線圈。這些線圈可在發(fā)射器和接收器的配置，以額定電流為0.8至13A，和各種尺寸，以適應應用的需要。的概念和無線充電的??好處是可以使用伍爾特/ TI無線電源演示套件（760308），其中包括伍爾特發(fā)射器和接收器線圈來證明。作為生態(tài)系統(tǒng)圍繞協(xié)議，如奇擴大，我們可以期待更多的集成解決方案出現(xiàn)，以減輕對設計收費為可穿戴設備更簡單的方法的工作。