無線充電器技術及低成本設計方案

　　A.選擇

　　在此階段中，電力發(fā)射機檢測其表面物體的放置或移除情況。電力發(fā)射機可通過多種方法實現這個功能。如果電力發(fā)射機偵測到一個或多個物體，它將嘗試定位這些物體并區(qū)分潛在的電力接收機和異物。在一些情況下，電力發(fā)射機應嘗試選擇一個原電池和一個電力接收機，用于電力傳輸。如果電力發(fā)射機選擇一個原電池和一個電力接收機，它應進入ping測試階段。另一方面，如果電力發(fā)射機無法識別潛在的電力接收機或逾時，它將進入操作的待命模式。

　　B. Ping測試

　　在ping測試階段，電力發(fā)射機應執(zhí)行一次數字訊號ping測試，檢查潛在的電力接收機是否為電力接收機或該接收機是否需要電力傳輸。因此，電力發(fā)射機在65ms的最大時期內在初級線圈提供電力。電力接收機必須在該時間內通過負載調變的方式進行回復。完成ping測試階段后，系統(tǒng)將進入下一階段，即識別和組態(tài)階段。如果沒有完成ping測試階段，系統(tǒng)將返回前一階段，即：選擇階段。

　　C.識別和組態(tài)

　　在識別和組態(tài)階段中，電力發(fā)射機將識別電力接收機，且電力接收機將傳輸組態(tài)信息，如電力接收機的基本裝置標識符、電力接收機期望提供到整流器輸出端的最大功率量以及提供到電力發(fā)射機的最大功率量。電力發(fā)射機接收此信息，并調整工作點，然后進入電力傳輸階段。如果電力發(fā)射機不能從電力接收機處正確接收識別和組態(tài)信息，無論何種原因，如電力接收機可能沒有發(fā)送數據報或電力發(fā)射機可能沒有解調所需信息，電力發(fā)射機都將返回到前一階段，即：選擇階段。

　　D.電力傳輸

　　在電力傳輸階段，電力發(fā)射機將向電力接收機提供連續(xù)電力，并調整電力傳輸工作點，以響應從電力接收機收到的控制數據。在電力傳輸階段，電力發(fā)射機應監(jiān)測電力傳輸參數。如果任何參數超出限定值，它將中斷電力傳輸并返回到選擇階段。最后，電力發(fā)射機從電力接收機處收到結束傳輸包時將結束電力傳輸。例如，當電池充滿時，電力接收機不需要再對電池充電。此時，它應發(fā)送結束電力傳輸包信息到電力發(fā)射機，以結束電力傳輸。然后，系統(tǒng)將返回到選擇階段。系統(tǒng)將保持在前三個階段，直到新的電力接收機放置于電力發(fā)射機上或組態(tài)信息變更。

　　分立式無線充電器解決方案

　　我們可以使用一些分立式裝置輕松設計出符合上述Qi標準的無線充電器系統(tǒng)。圖9顯示了無線充電器分立式解決方案之一。

　　圖9.分立式無線充電器解決方案。

　　在發(fā)射機側，微控制器單元(MCU)用于控制整個發(fā)射機的功能。該MCU產生一個脈寬調變(PWM)波來驅動閘極驅動器。PWM的頻率和占空比由MCU控制。MCU根據從接收機收到的錯誤控制包控制這兩個參數。FAN73932是一款半橋閘極驅動器，它把收到的矩形波轉換成兩個非重迭訊號，以驅動低端和高端MOSFET產品。直流-交流功能通過該裝置和兩個N信道MOSFET產品實現。發(fā)射線圈由交流波驅動。串聯(lián)電容用于形成一個帶有發(fā)射線圈的串聯(lián)諧振電路，以實現更好的電力傳輸性能?？赏ㄟ^這種方式傳輸電力。FAN8303是一個為MCU電源提供5V電壓的直流-直流轉換器。其他部分用于通訊。電容用于捕捉來自線圈的電壓，并將該電壓送到MCU ADC，以獲取通訊信息。我們也可使用一個感應電阻和一個電壓放大器，以檢查發(fā)射線圈的電流變化。

　　在接收機側，也使用一個MCU來控制接收機的所有動作。帶有接收線圈的串聯(lián)諧振電路由一個電容形成。當接收線圈位于發(fā)射線圈上時，可以在該串聯(lián)諧振電路末端獲得交流電壓。交流-直流功能通過具有兩個N信道MOSFET產品和兩個二極管的全橋整流器實現。直流電壓在該電路輸出端實現。該電壓可通過穩(wěn)壓電容實現穩(wěn)定。此電壓通過直流-直流轉換器(FAN8303)實現轉換，并在FAN8303裝置的輸出端可獲得用于MCU電源的5V穩(wěn)定電壓。當MCU上電時，它控制兩個MOSFET產品與發(fā)射機進行通訊。整個無線系統(tǒng)通過這種方式進行組態(tài)。完成正確組態(tài)后，MCU將打開輸出開關。輸出電壓也可用于為便攜設備充電。充電電流和輸出電壓由MCU監(jiān)測，以獲知何時需要結束充電。

　　在軟件方面，圖10顯示了無線充電器發(fā)射機和接收機的簡要流程圖。

　　圖10軟件流程圖。

　　通過這種無線充電器系統(tǒng)，系統(tǒng)可獲得效率約為69%的5W充電電源。

　　結論

　　無線充電器是傳統(tǒng)技術在便攜設備市場的新型應用。WPC Qi標準有利于無線充電器的普及。借助該標準，我們可輕松設計出無線充電器系統(tǒng)。本文簡要介紹了幾款用于該系統(tǒng)的分立式裝置。此外，Qi標準的所有功能均可實現。該系統(tǒng)是一種可廣泛使用的低成本無線充電器解決方案。