无线充电器技术及低成本设计方案

作者：时间：2015-04-11来源：网络收藏

　　从该图可以看出，当Q值变小时，在谐振频率点的电压传输函数曲线变得更明显。在这种情况下，电压传输函数对频率非常敏感，且输出不易于保持稳定。另一方面，当Q值变大时，谐振频率处的曲线变化变慢，但电压传输函数变得非常低。为了得到相同的输出电压，必须在导致极低效率的发射机处施加更大的输入电压和电流。因此，需要慎重选择合适的Q值。通常，Q值范围从4到6.

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　　(2)耦合系数

　　在方程式7中，K被称为耦合系数。众所周知，发射机产生磁通。到达接收机的磁通越多，说明线圈耦合得越好。耦合系数用来测量该耦合级别。耦合系数取值在0和1之间，其中0表示发射线圈和接收线圈独立，1表示发射线圈和接收线圈完全耦合。当线圈完全耦合时，发射线圈产生的磁通完全被接收线圈搜集。

　　图4具有不同耦合系数的电压传输函数。

　　图4显示了耦合系数如何影响电压传输函数曲线。从该图中可以发现，有一个k值，在此处电压传输函数达到峰值，这表示已实现最佳性能。因此，良好的线圈耦合对获得更好的系统性能非常重要。

　　WPC无线充电器标准

　　无线充电联盟成立的宗旨是建立一个关于短距离移动装置无线电力传输的标准，该标准被称为「Qi」标准。WPC标准定义了低功率无线装置中的感应耦合工作方法，以及电力发射机与接收机之间的通讯协议。它还规定，从发射机到接收机的最大功率为5瓦，发射线圈与接收线圈之间的典型距离为5毫米。基本系统示意图如图5所示。WPC标准下的任何装置均可与其他符合WPC标准的任何装置一起使用。在Qi标准V1.1中，增加了异物侦测(FOD)功能。

　　图5基本系统。

　　(1)电力发射机

　　在WPC标准中，有三种电力发射机类型：引导定位、移动线圈自由定位及线圈矩阵自由定位，如图6所示。

　　图6三种电力发射机定位类型。

　　对于引导定位，接收线圈中心必须与发射线圈中心对准。否则，传输电源和传输效率均将显著降低。因此，发射线圈和接收线圈使用两个磁体对齐并汇聚磁力线。

　　自由定位发射机是一款很好的发射机类型，因为它可让一般使用者的无线充电更加便捷。有两个子类型来实现这一功能。一个是移动发射线圈，另一个是发射线圈矩阵。在第一类型中，当接收机位于发射机表面上时，发射机移动线圈以对齐接收线圈，然后进行电力传输。在第二类型中，发射线圈由线圈矩阵形成。当接收机位于发射机上时，接收线圈周围的一个或多个线圈将被启动，并将电力传输到接收机。

　　电力发射机有一个直流-交流区块。例如，一个半桥被连接到一个串联谐振电路。对于不同的发射机，Cp和Lp参数及输入电压会有所不同。直流-交流切换开关的操作频率在110 KHz时正常，但有可能会变化至205 KHz以进行电力控制。谐振回路也用于优化电力传输。

　　电力发射机还有一个通讯区块，用于解调从接收机收到的电力传输控制信息。该通讯区块由电压或电流感测电路形成。

　　(2)电力接收机

　　电力接收机通常是一款便携设备，其硬件设计比发射机更加简化。它通常包括四个部份：电力拾取区块、全桥整流电路、电压调节区块和通讯控制区块。

　　电力拾取区块由包含一个接收线圈(Ls)和一个串联谐振电容(Cs)的串联谐振电路组成。谐振回路用于优化电力接收。平行电容提供一个平行谐振电路，用于侦测接收机。

　　全桥整流器用作交流至直流转换电路，该电路将接收到的波转换成稳定电压。电压调节区块是一条直流-直流电路，用于将接收到的较高电压转换为负载所需的电压。通讯控制区块用于到电力发射机的传输电力控制信息(例如，控制错误包)，以调整电力发射机的电力传输操作点或其他状态。

　　(3)通讯

　　根据WPC标准，发射机和接收机之间的通讯是单向通讯。通讯方向是从接收机到发射机。电力接收机通过变更阻抗(例如，电阻或电容)调整功率量，此操作会引起发射线圈电流或线圈电压的周期性变化。发射机可侦测用于解调通讯信息的线圈电流或线圈电压的变化。该标准定义了逻辑高电平和逻辑低电平之间发射线圈电流或线圈电压振幅的最小振幅差，分别为15mA和200mV.

　　WPC标准还定义了通讯中的数据格式。在每次数据传输中，将传输一个数据报。数据报由一个位同步前导码(>11位1)、一个表示数据报类型的字节讯息头、讯息信息(1…… 27个字节)和一个总合检查字节组成。一个数据字节是一个11位串行格式。此格式由1位起始位、8个数据位、1个奇偶校验位和1位停止字节成。起始位是一个0.数据位的顺序是最低位最先。奇偶校验位是奇数，停止位是一个1.数据位按差分双相代码格式编码，且其速度为2Kbps.数据格式如图7所示。