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无线充电动向

—— 无线充电的几种方式
作者:王莹时间:2011-12-06来源:电子产品世界

  未来应用场景

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/126679.htm

  目前是唯一为不足5W的低功率应用制定了规范的行业标准组织。据悉,联盟正在为中功率(125W)制订标准,涉及到笔记本充电和电动工具的充电。

  展望未来的的应用场景,会出现中高功率的解决方案。如图3,电视下面可有一个pad,通过线圈耦合实现。笔记本电脑现在很少用到DVD/CD光驱,可以把光驱部分换成器。机场或者充电桩也可以做设备。办公桌、会议桌可提供无线充电方式,休闲娱乐和社交场合也可以实现无线充电,也有一些大型汽车厂商在研发此类装置。

  据TI(德州仪器)电池管理方案市场拓展经理文司华介绍,现在具体应用场景主要在公共场合率先展开,例如学校教室旁的iPad或手机充电车。另外一个不错的应用场景是车载手机充电。至于会议室或家庭应用,可能用户接受还需要一些时间。

  无线充电方案

  典型的无线充电方案可以分成两部分(如图4)。左侧是TX(发射器),右侧是RX(接收器)。

  左侧实现AC到DC,无线的部分是指终端部分和电源是无线关联的,这个部分的核心是线圈,线圈作为一个最关键的整体,具有单向电源传输和单向通信传输。

  因为有无线线圈的存在,能够巧妙地把Power(电)和通讯结合在一起,实现单向的传输。电源部分有一个简单的驱动器,会对线圈上的信号进行传感(电流和电压的传感),然后回到控制器、驱动器,协调整个无线的能量运作。

  右侧接收端的线圈接收到这个信号和能量以后,进行整流(把产生出来的交流信号变成直流信号),然后进行电压调节,例如目前TI发布的bqTESLA产品是5V的产品,在5V时,负载可以带动1A的负载,最高功率是5W。控制器通过线圈对信号进行小幅干扰。

  TI推出的无线充电方案

  根据此理念,TI推出了bqTESLA,这是由物理学家特斯拉(Tesla)的名字演变而来,意味着无线充电变成现实。据TI的文司华介绍,bqTESLA芯片组的特点是小型、集成。

  bqTESLA芯片组包括发射端和接收端。TI目前已公布两套解决方案,第一代是bqTESLA100LP,以分立式组件为基准,2010年11月推出。第二代是bqTESLA150LP,建立在集成型单芯片bq51013接收器方案基础之上,可优化性能、尺寸和成本(第二代RX+第一代TX),2011年4月推出。

  在小型化方面,第二代产品的bq51013只有3mm×1.9mm,2.5W设计的PCB(印制电路板)是15mm×50mm×1.5mm,加上线圈可以用在手机背壳上面(图5),当然整个方案会比现有的手机背壳稍微厚一点。

  发射端对空间大小没有特别苛求,但发射端的产品也希望做得美观(薄型)。

  无线充电的距离与效率

  关于无线充电的距离,WPC的标准是5mm,因为距离远后会显现辐射问题。从辐射角度看,无线电场的发射没有方向性,如果要达到远距离传输,要提高共振的频率,此时大家使 用手机时就有点想法了,担心自己手机的辐射。

  WPC的网站[1]上有很多讨论辐射问题的,其中一个讨论列举了非电离的电磁场数据,但没有具体的结论,大意是如果要远距离充电,要实现充电所达到的电源(能量)的级别,电磁场的强度应该是超过人体所能够承受的限度。

  在距离5mm时,TI的第二代芯片的效率是73%。第一代是70%。因此从效率角度,不能与带导线电源相提并论,因为高效的开关式电源可以达到90%的能效。

  那么,为何还要发展无线充电?TI的文司华称,TI对无线充电的发展思路是希望一套传输发射端可以取代多套带导线的充电器,如果是1:1充电,恐怕是比不过有线充电的。

  70%~73%效率时,散热如何解决的?对于5W充电,会有1.5W左右的损耗,分配在接收端和发射端两边。散热很多原因是由于线圈本身的内阻,以及中间形成损耗的散热,这需要通过合理的设计来解决,例如发射端空间较大,散热应该不是问题;接收端线圈背后的空间可以用一些简单的铝片和石墨片散热。

  无线未来将挑战USB

  目前,USB有线充电已经十分普及,无线充电是否会和USB形成竞争?USB出现之前也有很多不同的充电标准,例如12V、19V方案,曾经有人判断USB很早以前就应该消失了,但是USB被大众接受了。

  因此,最终要看无线充电能不能确实切合用户的利益,是否优于USB充电(包括数据传输和充电的便利)。很多WPC成员的愿景是,几年之后,携带移动产品时不再另带一根线。

  参考文献:

  [1]WPC的技术规范与指南[R/OL].www.wirelesspowerconsortium.com


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关键词: WPC 无线充电 201111

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