無線充電系統(tǒng)電路模塊與解決方案詳解

【Word版本下載可任意編輯】無線充電系統(tǒng)電路模塊與解決方案詳解無線充電系統(tǒng)的三大模塊

如果所有三個模塊都工作在的估算效率（即圖中所示的80%，70%和80%），那么總的系統(tǒng)效率約等于45%。對于一個5W的設備來說，需要用11W的發(fā)射功率才能提供全速充電，大約6W消散于設備本身（作為熱量散發(fā)掉）和周圍環(huán)境中，包括空氣、裝置和人體組織。在低功率情況下，這也許是安全和可承受的。但在較高功率時，比方電動汽車的充電，此時典型的充電功率至少要5kW，那么有6kW要損失在發(fā)射器、汽車和周圍環(huán)境中，因此會引起嚴重的發(fā)熱和安全問題。當無線充電系統(tǒng)的所有三個模塊都工作在估算效率（即95%，90%和95%）時，總的系統(tǒng)效率大約為82%。在這種情況下，一個5W的設備只需發(fā)射器提供約6W的充電功率，只有1W因無效而損失掉。為了提高系統(tǒng)效率，設計師應專注于高效率元件，提高發(fā)射器與接收器之間的耦合程度。

松下無線充電參考設計

松下無線電源控制IC支持所有設備（DSC、DVC、隨身聽、手機、智能手機等），符合WPC（無線充電聯(lián)盟）的WPC1.1（Qi標準）。松下無線電源方案采用了一個用于電力發(fā)射器（電池充電器）的發(fā)射端控制IC（NN32251A(＄5.0312)）和一個用于電力接收器（設備）的接收器控制IC（AN32258A），從而控制電力傳輸。

NN32251A開發(fā)套件（Tx）

NN32251A開發(fā)工具包的發(fā)射模塊圖像

AN32258A開發(fā)套件（Rx）

AN32258A開發(fā)工具包的接收模塊圖像

支持各種基于WPC1.1（Qi標準）設備的無線充電。充電過程的異常檢測和各種保護功能可確保安全性和可靠性。支持標準范圍內的5W輸出開展快速充電。提供外部低阻抗MOSFET的高效控制，降低功耗和生熱。（AN32258）提供包括松下線圈和外圍電路在內的解決方案，實現(xiàn)短理論到達時間（TAT）設計。

松下無線充電應用例如

TI10W無線電源解決方案

無線電源系統(tǒng)包括充電板（發(fā)送器或主設備）和接收器（次級側設備）。充電板和接收器接觸時，兩個器件中的線圈通過磁力作用耦合。電力通過耦合的電感器（如空氣磁芯變壓器）從發(fā)送器傳輸至接收器。控制傳輸電量的方法是向主器件發(fā)送反應通信（錯誤信號）以提高或降低電量。發(fā)送器線圈在大部分情況下都處于斷電狀態(tài)，只是偶爾接通以檢測是否存在接收器。如果接收器能夠自我驗證，則發(fā)送器將始終保持通電狀態(tài)。

10W高效率無線充電

bq51025(＄5.1750)接收器不僅支持4.5V至10V可編程輸出電壓，而且與TIbq500215(＄566.8500)無線電源發(fā)送器相結合，還可在10W功率下實現(xiàn)高達84%的充電效率，從而可顯著提高散熱性能。該功能齊備的無線電源接收器解決方案尺寸僅為3.60毫米×2.89毫米，可設計應用在眾多便攜式工業(yè)設計方案中，包括零售終端掃描儀、手持式醫(yī)療診斷設備以及平板電腦和超級本等個人電子產品。發(fā)布的bq500215是一款專用的固定頻率10W無線電源數(shù)字控制器發(fā)送器，兼容于5WQi接收器。該發(fā)送器采用增強型異物檢測（FOD）方法在發(fā)送任何電源之前可開展異物檢測，如果檢測到過大損耗，便主動降低功率。

bq51025/bq500215的主要特性與優(yōu)勢：

快速充電接收器與TIbq500215控制器相結合，可在10W功率下實現(xiàn)高達84%的系統(tǒng)效率，從而可為1節(jié)及2節(jié)電池供電電子設備實現(xiàn)快速充電體驗；符合Qi標準的通信與控制可確保與任何功率達5W的無線電源聯(lián)盟Qi型發(fā)送器及接收器兼容。無線充電解決方案的I2C通信接口不僅有助于接收器在發(fā)送器表面更好地對齊，而且還支持在接收器和發(fā)送器之間發(fā)送專有數(shù)據(jù)包；

無線電源評估板

bq51025EVM-649(＄292.4200)無線電源接收器評估套件可幫助設計人員評估bq51025的工作與性能；bq500215EVM-648(＄566.8500)無線電源發(fā)送器評估板提供符合Qi標準無線充電板的所有基本功能。12V輸入單線圈發(fā)送器可幫助設計人員加速產品上市進程。

bq500215功能方框圖

***儀器（TI）業(yè)***款全面集成型10W無線充電解決方案，該解決方案的接收器及相應發(fā)送器更為高效，可幫助工業(yè)、醫(yī)療及個人電子產品的設計人員讓設備在擺脫所有連接器的同時，更快、更高效地充電。此次推出的bq51025和bq500215目前都已投入量產，它們不僅支持防水、防塵以及便攜式設計，而且還更快的為1節(jié)及2節(jié)（1S和2S）鋰離子電池充電且不會產生過熱。此外，該充電解決方案還兼容于市場上任何符合5WQi標準的產品，有助于消費類電子產品可以更為靈活的在比以往更多的地方充電。

低功耗A1/A10發(fā)射器解決方案

NXQ1TXA1無線功率發(fā)射控制器可以與恩智浦NT3H1201(＄0.6600)NTAGI2C解決方案結合，提供了添加自動藍牙配對等令人興奮的功能的選擇，或允許用戶配置他們的無線充電器，甚至在其啟用NFC的智能手機上自動啟動應用程序。該設計實施了恩智浦NWP2081半橋驅動器和恩智浦低RDSonNX20**N2溝道MOSFET，實現(xiàn)了高效率。由電源裝置中的恩智浦GreenChipTEA1720(＄0.3640)高效開關模式電源（SMPS）控制器供電，該QiA1/A10無線電源發(fā)射器成為了更加優(yōu)化的19V無線充電解決方案。

方案原理圖

NXQ1TXA1構造框圖

Vishay無線充電解決方案

新款無線充電發(fā)射線圈IWTX-4646BE-50新款無線充電發(fā)射線圈IWTX-4646BE-50，其可用于Qi無線充電底座。新的VishayDaleIWTX-4646BE-50采用耐用的構造和高磁導率的屏蔽，在19V輸入電壓下，使用符合WPC的傳輸和接收芯片組及VishayDaleIWAS-4832FF-50接收線圈，2.7mm間隔情況下的效率超過70%。IWTX-4646BE-50可與Vishay符合WPC的無線接收線圈配套使用，高飽和度鐵粉不受永磁定位磁鐵的影響。尺寸更大的鐵氧體線圈在強磁場下會飽和，IWTX-4646BE-50在4000高斯磁場下的磁飽和為50%，可替代此類線圈。

器件符合RoHS，在200kHz下的電感為24μH，電感公差為±5%，在+25℃下的DCR為71mΩ（±10%），200kHz下的典型Q值為185。發(fā)射線圈的引線長40mm，鍍錫部分的長度為5mm，熱額定電流為6A，飽和電流為20A，自諧振頻率為7MHz。器件正在申請AEC-Q200，預計在20**年1季度完成，將用于汽車電子產品。

新款無線充電接收線圈IWAS-4832FE-50

飛思卡爾5W多線圈發(fā)送器參考平臺專門為汽車無線充電應用而設計。設計的是飛思卡爾MWCT1003AVLH(＄6.7860)發(fā)送控制器IC。該控制器IC管理并執(zhí)行實現(xiàn)無線充電發(fā)送器解決方案所需要的所有控制功能。該解決方案提供一個高性能的無線充電系統(tǒng)，同時也考慮到了汽車復雜的工作環(huán)境。整個平臺采用汽車級組件，并考慮了其他重要的汽車功能，以確保系統(tǒng)可以無縫集成。該設計符合無線充電聯(lián)盟（WPC）的Qi規(guī)范，并已通過WPC-A13型發(fā)送器。如同所有飛思卡爾無線充電解決方案一樣，該參考平臺支持WPC定義的其他線圈類型。

原理框圖

無線充電系統(tǒng)元件選擇

由于效率為王，而元件又決定了效率，那么在選擇元件時了解你自己的想法就非常重要了。在無線充電領域中，開發(fā)高效率、前沿技術的元件公司有許多。舉例來說，宜普（EPC）公司開發(fā)的增強型氮化鎵（eGaN）晶體管具有高效率的開關性能，可以用來實現(xiàn)高性能的功率放大器。在天線方面，NuCurrent公司開發(fā)的天線構造可以實現(xiàn)高效率、高度靈活的小型天線。與此同時，像IDT、博通、TI和其他一些IC公司正在開發(fā)可以支持多種標準、各種功率電平和小型尺寸的IC.因此可選的余地很大，如果你是無線充電設計的新手，的方法是與元件供給商或設計咨詢公司一起合作，因為他們理解無線充電的前景，可以幫助你快速跟蹤設計需求，并把你介紹給戰(zhàn)略開發(fā)合作伙伴。

無線充電標準與法規(guī)

在電子設備的無線充電方面目前已有多種標準，包括無線電力聯(lián)盟（A4WP）、電力事件聯(lián)盟（PMA）和無線充電聯(lián)盟（WPC）。這些標準組織存在的目的就是提供發(fā)射器和接收