無線充電Qi(C)

1、System Descripti onWireless Power Tran sferVersio n 1.0Basic Power Tra nsmitter Desig ns上次講到利用功率接收器諧振頻率的檢測，原因是最大限度的減少初級線圈的調(diào)動(dòng)，因?yàn)楣β拾l(fā)射器沒有必要識(shí)別在這個(gè)諧振頻率不響應(yīng)的對象。實(shí)例C.3提供諧振檢測方法3.221機(jī)械細(xì)節(jié)描述功率發(fā)射器 A2設(shè)計(jì) 包含 一個(gè)初級線圈像小節(jié)3.2.2.1.1定義的那樣，屏蔽罩像小節(jié) 3.2.2.1.2 定義的那樣（感應(yīng)面）像小節(jié) 322.1.3 定義的那樣，定義階段 像小節(jié)3.2.2.1.4 定義的那樣3.2.2.1.1初級線圈初級線圈繞

2、線的種類，絞合線30股，1.0mm直徑，參考圖3-6，初級線圈為圓形多個(gè)層組成，相同極性的所有的層堆疊。表 3-5是初級線圈的尺寸。cFigure 3-6: Primary Coil of Power Transmitter design A2Table 3-5: Primary Coil parameters of Power Transmitter design A2ParameterSymbolValue外直徑擊內(nèi)直徑<1mm厚度demm每層匝數(shù)Nmm層數(shù)102Wireless Power Consortium, July 201017System Descripti on Wir

3、eless Power Tran sferVersio n 1.0B.22.P0wer 屏|蔽罩ter Desig ns如圖3-7 ，軟磁材料保護(hù)基站免受初級線圈產(chǎn)生的磁場干擾，屏蔽罩至少超出初級線圈的外直徑2mm厚度至0.20mm,放在初級線圈下面距離 0.1mm,這點(diǎn)無線傳輸系統(tǒng)描述 1.0版本，第1卷 第1部分 限制了屏蔽罩從下列裂變 材料選擇組合。DPR-MF3 Daido Steel （大 同特殊鋼）HS13-H Daido Steel （大 同 特 殊 鋼）界面/感應(yīng)面1.0基站In terface SurfacePrimary 屏蔽罩 Coilmax.初級線圈f_15 mm mi

4、n.zt11 dd2 mm min.Wireless Power Consortium, July 2010#Shieldi ngBaseStationFigure 3- 7: Primary Coil assembly of Power Transmitter design A23.2.2.1.3 界面/感應(yīng)面_ 亠0 5如圖3-7 ，從初級線圈頂面到基站感應(yīng)面/界面的距離是2.5-0mn另外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級線圈外直徑5mm.3.2.2.1.4 定位階段/感應(yīng)面的距離精確到0.1mm或者更好。兩個(gè)相互垂直的方向平行到界面3.2.2.2電子細(xì)節(jié)詳述如圖3-7 ，從初級線圈頂面到基站

5、感應(yīng)面/界面的距離是2.5mm,外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級如圖3-8，功率發(fā)射器 A2用一個(gè)全橋逆變器驅(qū)動(dòng)初級線圈和串聯(lián)電容，在頻率140kHz,初級線圈和屏蔽罩有一個(gè)自感系數(shù) L 24+1 uH 。串聯(lián)電容的值是00+C% nF.近諧振，串聯(lián)電容兩端的電壓可達(dá)到50V pK-pK.如圖3-7 ，從初級線圈頂面到基站感應(yīng)面/界面的距離是2.5mm,外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級功率發(fā)射器 A2用輸入電壓到全橋逆變器控制功率的傳輸。為這個(gè)目的，輸入電壓的范圍是3-12v，低輸入壓的結(jié)果是傳輸?shù)凸β?，功率傳輸中為了得到足夠?zhǔn)確的校正，A2功率發(fā)射器應(yīng)該控制輸入電壓精確到50r或者更好。當(dāng)A2功

6、率發(fā)射器第一次申請（應(yīng)用）功率信號時(shí)（數(shù)字Ping;參考小節(jié)5.2.1），它應(yīng)該用初始輸入電壓Versio n 1.0System Descripti onWireless Power Tran sferBasic Power Tran smitter Desig nsFull-bridgeInverter（全橋逆變器）在小節(jié)5.2.3.1控制功率傳輸需要運(yùn)用 PID算法，引入控制變量 V表示到全橋逆變器的輸入電壓，為了更準(zhǔn)確的功率控制， A2功率發(fā)射器應(yīng)該確定初級感應(yīng)子區(qū)電壓的幅值（初級線圈電壓）精確到5mV或者更好，最后表3-6提供用在PID算法的幾個(gè)參數(shù)。（FID參數(shù)電壓控刑）Table

7、 3- 6: PID parameters for voltage controlParameterSymbolValueUn itK?Proporti onal gainKi1-1mAIn tegral qainKd0-1 -1mA msDerivative gainM：0-1mA msIntegral term limitNANAPID output limitSv1,500N.A.Scali ng factor-0.5 mVSystem Descripti onWireless Power Tra nsferVersio n 1.0Basic Power Tran smitter Des

8、ig ns3.3基于初級線圈組的功率發(fā)射器設(shè)計(jì)這小節(jié)3.3定義了功率發(fā)射器B設(shè)計(jì)，此外3.3小節(jié)這部分的定義，每個(gè)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)小節(jié)5協(xié)議定的相關(guān)部分，通訊接口（界面）在第6小節(jié)定義。3.3.1功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B1功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì)可以自由定位，如圖3-9這個(gè)設(shè)計(jì)的功能模塊圖，它由兩個(gè)主要功能單元組成，即功率轉(zhuǎn)換單元和通訊控制單元（電壓輸入）Figure 3-9: Functional block diagram of Power Transmitter design B1這小節(jié)3.3定義了功率發(fā)射器 B設(shè)計(jì)，此外3.3小節(jié)這部分的定義，每個(gè)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)小節(jié)5協(xié)議定功率轉(zhuǎn)換單元

9、在右手邊圖3-9是A2設(shè)計(jì)的類似部分，這個(gè)設(shè)計(jì)利用重疊的初級線圈組實(shí)現(xiàn)自由定位，這個(gè)要看功率接收器的位置，多路器鏈接或不鏈接相應(yīng)的初級線圈，阻抗匹配電路和初級線圈組鏈接形成諧振電路，感測電路檢測初級感應(yīng)子區(qū)（初級線圈的一部分）的電流和電壓，同時(shí)逆變器轉(zhuǎn)換DC俞入到AC波形驅(qū)動(dòng)初級線圈組。通訊控制單元在圖3-9左手邊由數(shù)字邏輯部分組成，這個(gè)單元從功率接收器獲取解碼信息，配置多路器去鏈接適當(dāng)?shù)某跫壘€圈組的部分，執(zhí)行相關(guān)的功率控制算法和協(xié)議，驅(qū)駕頻率和輸入電壓到逆變器控制到接收器的 功率輸出，通訊控制單元也鏈接其他基站的子系統(tǒng)，例如用戶界面Wireless Power Consortium, Jul

10、y 201019System Descripti on；iTran占System descriptionWireless Power TransferVersion 1.0曲sit 卩（mcrTransmittcr1 Drsiens33 l.i機(jī)械（結(jié)構(gòu)）細(xì)節(jié)描述功率發(fā)射器 B1設(shè)計(jì)包括初級線圈組如小節(jié)3.3.1.1.1 定義，屏蔽罩如小節(jié) 3.3.1.1.2定義，和界面/感應(yīng)面如3.3.1.1.3 定義。王3.-一.1.1初級線圈組初級線圈組由 3層組成，如圖3-10a單個(gè)初級線圈的頂視圖，繞線種類，絞合線24股no.40 AWG0.08mm直或者同等的。Figure 3-1 : Prima

11、ry Coil! array of Power Transmitter design Bl初級線圈組由 3層組成，如圖 3-10a單個(gè)初級線圈的頂視圖，繞線種類，絞合線24股no.40 AWG0.08mm直如圖3-10a，初級線圈為圓形組成一個(gè)層。圖3-10b展示了一個(gè)初級線圈組的側(cè)面圖，圖3-10c展示了-級線圈組的頂視圖，第二層初級線圈的六邊形虛線圖標(biāo)注了一個(gè)右偏移距離t 2,第二層初級線圈的中心和第一層初級線圈的角（右邊）是一個(gè)點(diǎn)。Wireless Power Iran sfer同樣的，虛線六邊形表示層3的初級線圈的格子，也同樣標(biāo)注了一個(gè)左偏移距離t 3,可以看出第三層初級線圈的中心點(diǎn)也

12、和第一層初級線圈的角（左邊）是一個(gè)點(diǎn)。由此得出初級線圈第二層的每個(gè)中心及每個(gè)角和第層的每個(gè)中心及每個(gè)角也是一樣的；所有的初級線圈相同極性疊加，另外請參看圖3-10 c彩色部分六邊形含義（本來不是彩色，為了更好理解我把它們用透明度為50%紅綠藍(lán)三個(gè)六邊形表示）Table 3-7 lists the rSliSVa nPparameters of the Primary Coil array/ I（外直徑）（內(nèi)直徑）（層厚度）（匝數(shù)）（線圈組厚度） 仲心到中心的距離） （層二偏移） （層三偏移）ParameterSymbolValuedo2&5Outer diameter占10 斗 + 0

13、.3mmInner diametermm*Layer thick nessNmmNumber of tur nsd*Array thick nessdh2&F1 mmCen ter-to-ce nter dista neet2厲嚴(yán)m(xù)mndOffset 2 layer arrayt3165mmrdOffset 3 layer arraymm3.3.1.1.2屏蔽罩Value in eludes thick ness of conn ecti on wires#Wireless Power Con sortium, July 2010System Descripti on；iTran占如圖

14、3-11，功率發(fā)射器 B1用屏蔽罩保護(hù)基站避免初級線圈組產(chǎn)生的磁場干擾，屏蔽罩最少超出初級線圈組 邊緣2mm放在初級線圈下面距離s =cP.5 mm屏蔽罩是軟性磁材料厚度至少0.5mm.無線傳輸系統(tǒng)描述第1卷 第1部分，限制了屏蔽罩從下列材料選擇組合口。烹公閒艮材浣屈自己査在此外須譯門Material 78 Fair Rite Corporati on.3C94 Ferroxcube.N87 Epcos AG.PC44 TDK Corp.Figure 3-11: FTimary Coil array assembly of Power Transmitter design B1#Wireles

15、s Power Con sortium, July 2010System Descripti on Wireless Power Tra nsferV.31O.31.0界面/感應(yīng)面Basic Power Transmitter Desig ns如圖3-11 ，初級線圈組與基站感應(yīng)面/界面的距離是帶詡mm. 從初級線圈頂面。另外 界面/感應(yīng)面至少超出超出初級線圈組外邊緣5mm.3.3.1.2 電子細(xì)節(jié)描述如圖3-12，功率發(fā)射器 B1設(shè)計(jì) 用一個(gè)半橋逆變器驅(qū)動(dòng)初級線圈組。另外，功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì)用一個(gè)多路器來選擇感應(yīng)有效區(qū)的位置。多路器來配置初級線圈組，1個(gè)2個(gè) 或3個(gè)初級線圈以并聯(lián)方式被鏈接驅(qū)

16、動(dòng)電路。鏈接的初級線圈構(gòu)成了一個(gè)感應(yīng)子區(qū)，還有另一個(gè)限制，多路器應(yīng)該選擇這樣一種初級線圈-每個(gè)選擇的初級線圈和其他所有選擇的初級線圈疊加參考圖3-10 （ c）Half-bridgetn verierInput VolUInipcdjnceMatching CircuitMultiplexerFigure 3-12 : Electrical diagram (outline) of Power Transmitter design B1l4CC1 m2Wireless Power Con sortium, July 201023Wireless Power Con sortium, July

17、2010#工作頻率制 用二105-1鳳血范圍.初級線S+K和屏蔽罩的自感系數(shù)為-8.L說1髯個(gè)單獨(dú)的第人層初級 線圈，87迅1飩牛單獨(dú)的宙興范級線腐，9+5%-11毎個(gè)丫町+5%|弟17研級線圈，電徉花隊(duì)抗匹配克路屮 的門感系數(shù)分別為Ci»l=30Dnl* Cm23=200 nF Lmh 8述L電容T-橋逆變器申足礙uE開是打開的當(dāng)感應(yīng)區(qū)只有一卩初級線圈組成時(shí)，H他時(shí)帳£理尺閉的，電容C俎電壓可以達(dá)到屜過36 V pk-pk功率發(fā)射器設(shè)計(jì) B1用輸入電壓 到半橋逆變器控制功率傳輸。為了這個(gè)目的，輸入電壓范圍是0-20v當(dāng)?shù)洼斎腚妷簳r(shí)結(jié)果是傳輸?shù)凸β?。為了得到功率傳輸足夠?zhǔn)確

18、的校正，B1功率發(fā)射器應(yīng)該控制輸入電壓精確度35mV或者更好。12當(dāng)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B1第一次申請（應(yīng)用）功率信號數(shù)字ping;參考小節(jié)5.2.1應(yīng)該使用其實(shí)輸入電壓Wireless Power Transfer控制功率傳輸應(yīng)該應(yīng)用PID算法，小節(jié)523.1定義了這點(diǎn)。在算法定義中引入控制變量V 表示到半橋逆變器的輸入電壓。為了保證足夠準(zhǔn)確的功率控制，B1發(fā)射器應(yīng)該確定進(jìn)入初級感應(yīng)子區(qū)的電流幅值精確到5mA或者更好。除了PID算法，B1功率發(fā)射器應(yīng)該限制限制進(jìn)入初級子感應(yīng)區(qū)的電流為最大4ARMS,當(dāng)初級子感應(yīng)區(qū)由2個(gè)或3個(gè)初級線圈組成時(shí)，當(dāng)初級子感應(yīng)區(qū)由1個(gè)初級線圈組成時(shí)最大2A RMS .因?yàn)?/p>

19、這個(gè)目的，功率發(fā)射器應(yīng)該限制到半橋逆變器的輸入電壓低于20V,最后表3-8提供了一些用于 PID運(yùn)算的參3.3.1.3可測SH factor數(shù)值。ParameterSymbolValueUn itK?Proporti onal gainK.1-1mAIn tegral gain心0-1 -1mA msDerivative gainMt0-1mA msIn tegral term limitMpoN.A.N.A.PID output limitSv2,000N.A.Table 3-8: PID parameters for voltage control1 mV小節(jié)3.3.1.1和3.3.1.2

20、定義了功率發(fā)射器B1的機(jī)械（結(jié)構(gòu)）細(xì)節(jié)和電子細(xì)節(jié)，如圖小節(jié)3.1的定義，功率發(fā)射器B1只服務(wù)于一個(gè)功率接收器，為了能同時(shí)服務(wù)于多個(gè)功率接收器，一個(gè)基站可以包含多個(gè)B1型功率發(fā)射器。 如圖3-13，這些功率發(fā)射器可以共享初級線圈組和多路器，無論怎樣每個(gè)獨(dú)立的功率發(fā)射器必須有一個(gè)分開的可控逆變器，阻抗匹配電路，檢測初級子感應(yīng)區(qū)的方法，如小節(jié)3.3.1.2定義。另外多路器必需確保不要連接多個(gè)逆變器到到獨(dú)立的初級線圈。Wireless Power Con sortium, July 201025Versio n 1.0System Descripti on Wireless Power Tra nsf

21、erBasic Power Transmitter Desig nsnhTransm terdesignB1)Figure 3-13: Multiple type B1 Power Transmitters sharing a multiplexer and Primary Coil array（多個(gè)B1功率發(fā)射器共享一個(gè)多路器和初級線圈組）Wireless Power Con sortium, July 2010#System Descripti onWireless Power Tra nsferBasic P功率發(fā)射器設(shè) 護(hù)sigrVersion0功率發(fā)射器B2設(shè)計(jì)可以自由定位，功率發(fā)射

22、器B2設(shè)計(jì)和B1功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì)最大的不同是初級線圈組，功率發(fā)射器B2設(shè)計(jì)是基于印刷電路板PCB式的初級線圈。功率發(fā)射器B2的功能模塊圖和功率發(fā)射器B1的完全相同，參考圖 3-9 和3.3.1小節(jié)文本描述。3-3-2-1機(jī)械（結(jié)構(gòu)）細(xì)節(jié)描述功率發(fā)射器B2設(shè)計(jì)包括一個(gè)初級線圈組如小節(jié)3.3.2.1.1定義的那樣，屏蔽罩如小節(jié)3.3.2.1.3 定義，界感應(yīng)面如小節(jié)3.3.2.1.3 定義。3.3.2.1.1初級線圈組這個(gè)初級線圈組由8層PCB勾成，內(nèi)六層 PCB每個(gè)包含一個(gè)網(wǎng)格初級線圈，底層包含鉛片對每個(gè)獨(dú)立的初級線圈。頂層可以被用于其它目的，但是不能影響初級線圈組的自感系數(shù)值。圖3-14 （

23、 a）展示一個(gè)單獨(dú)初級線圈的頂視圖，看出繞六邊形18匝。同樣從插圖 3-14 （ a）看出，六邊形的角是圓角；圖 3-14（a）最下面的那個(gè)圖表示了軌道的寬度和他們之間的距離。圖3-14（b）是PCB層結(jié)構(gòu)側(cè)面圖，層45.6.7 每個(gè)包含一個(gè)初級線圈格子，層8包含鉛片對每個(gè)初級線圈，圖3-14 （ c）展示了一個(gè)初級線圈頂視圖和一個(gè)單獨(dú)的初級線圈被裝進(jìn)六邊形格子，那些填充顏色的的六邊形展示了初級線圈組層2和層7裝滿后的近似的結(jié)構(gòu)。每個(gè)填充顏色的六邊形代表一套兩個(gè)相同的初級線圈-這種情況下分別一個(gè)初級線圈在第2層，一個(gè)初級線圈在第7層，被并聯(lián)。（右邊）虛線六邊形表示被向右偏移距離2的層3和層6上的初級線圈組的格子，像這樣層3和層6初級線圈六邊形格子的中心點(diǎn)剛好和層2層7初級線圈組六邊形格子的一個(gè)角點(diǎn)重合；同樣（左邊）虛線六邊形表示被向左偏移距離3的層4 t和層5上的初級線圈組的格子，像這樣層4和