線圈感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

后來RFID應(yīng)用開始發(fā)展，主要就規(guī)劃的三個(gè)頻段LF低頻(125~135KHz)、HF高頻(13.56MHz)、UHF超高頻(860~960MHz)可以使用，而這些頻段也造就了目前無線電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初頻率采用的參考點(diǎn)。早在10年前電動(dòng)牙刷的無線充電就已經(jīng)上市，當(dāng)時(shí)的傳送功率小、充電時(shí)間長，在現(xiàn)在的智能手持裝置的耗電狀況來看當(dāng)時(shí)的充電能量不敷使用所以10年來還無法實(shí)用化。但這幾年來發(fā)展出新的技術(shù)可用較高的“共振”接收效率運(yùn)作方式，由于這個(gè)技術(shù)較新所以各界的說法很多，但都是有一個(gè)很重要的特性，就是接收線圈上都會(huì)有配置電容來構(gòu)成一個(gè)具有頻率特性的接收天線，在特定的頻率下可以得到較大的功率移轉(zhuǎn)。這部份就跟早期的電磁感應(yīng)不同，當(dāng)距離拉開后依然就可以得到良好的電力傳送效果。共振的原理非常簡單，就跟鋼琴調(diào)音師一樣放不同水量的玻璃杯，在精準(zhǔn)的調(diào)音下可以將某個(gè)玻璃杯透過共振將其振碎;但其它的文章都沒有提到，若是沒有經(jīng)過專業(yè)鋼琴調(diào)音師訓(xùn)練的一般人，可能永遠(yuǎn)也調(diào)不出可以讓玻璃杯振碎的頻率!這就是原理簡單、實(shí)作困難。驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈展示簡單?上市困難電子零件出廠時(shí)就像是未調(diào)過音的鋼琴，鋼琴透過專業(yè)的調(diào)音師精準(zhǔn)調(diào)校后可以發(fā)出高品質(zhì)的聲音;當(dāng)大量生產(chǎn)后為了成本考量可能就無法在每一個(gè)產(chǎn)品都經(jīng)由專業(yè)人員調(diào)校再出貨，如果每一個(gè)產(chǎn)品都要專業(yè)人員來修正那就會(huì)有困難，因?yàn)閷I(yè)人員有限。這就跟目前可以看到很多無線充電產(chǎn)品在很久前就發(fā)表了，在發(fā)表會(huì)上產(chǎn)品都可以完美演出，但過了很久的等待后還沒見產(chǎn)品上市?就跟剛提到的例子一樣，無線充電的產(chǎn)品為了達(dá)到很好的共振效果必需經(jīng)過精準(zhǔn)的調(diào)校，在這樣的狀況下量產(chǎn)會(huì)變的非常困難。所以無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必需要能針對(duì)共振這部份能自我調(diào)整，這樣才能解決量產(chǎn)難題。2008年INTEL即發(fā)表了可以離一公尺距離的兩個(gè)線圈傳送電力用以

點(diǎn)亮60瓦特?zé)襞荩l(fā)表當(dāng)時(shí)也宣告了無線電力時(shí)代已經(jīng)到來;但三年過去了相關(guān)產(chǎn)品還是沒有上市，仔細(xì)想一下可以相距一公尺傳送電力，這么強(qiáng)大的電磁能量就算對(duì)人體沒影響、對(duì)周遭的電氣制品會(huì)有非常大的殺傷力。無線電力系統(tǒng)的原理與烹調(diào)電磁爐相同，透過電磁波來傳送能量只不過目標(biāo)不同，電磁爐使用頻率約50KHz能量發(fā)出后給鍋具加熱用已烹飪，過去網(wǎng)絡(luò)上就有流傳過一段影片就是將手機(jī)放在運(yùn)作中的電磁爐表面上，在短時(shí)間內(nèi)手機(jī)即燒毀，這樣的原理一樣電磁波會(huì)穿過手機(jī)外殼直接對(duì)內(nèi)部的金屬構(gòu)造加熱終至燒毀。前文題到過，為了加長傳送距離必需提高傳送頻率，電磁爐的頻率較低在離開數(shù)公分后就衰減到安全界限以下，INTEL發(fā)表的相距一公尺傳送電力必需將頻率提高到約13MHz才能傳送，在這個(gè)狀況下線圈之間若是存在金屬物體將會(huì)被加熱而發(fā)生危險(xiǎn)，表演中工作人員可以站在兩個(gè)線圈中間不會(huì)有危險(xiǎn)，是因?yàn)槿梭w內(nèi)的金屬成份很少所以溫度上升有限。當(dāng)電磁波頻率加到1GHz以上就會(huì)直接對(duì)水分子加熱;這個(gè)原理就變成微波爐了，水分子被電磁波攪動(dòng)后發(fā)出熱量。所以微波爐與電磁爐不一樣，必需在屏蔽體內(nèi)操作避免為害到人體。這部份又與市面上的無線通訊產(chǎn)品不同，因?yàn)槟芰坎罹嗌醮?無線電力系統(tǒng)需要傳送電力而發(fā)送到受電裝置所以需高功率傳送，無線通訊產(chǎn)品收到低功率訊號(hào)后再透過內(nèi)部的電池將訊號(hào)放大處理。所以不管是在13MHz會(huì)對(duì)金屬加熱或是1GHz以上直接傷害人體，無線電力在設(shè)計(jì)時(shí)必需解決安全的問題才能上市，這就是展示簡單、上市困難。接收線圈架構(gòu)盤電璀感應(yīng)接枝：有效距離爆效率喬不需調(diào)整匹醞不適用于趣充電系統(tǒng)』b.共插并聯(lián)諧振腹收：有效距離長、婢高、容易謂莖匹配＜■適用于悔蟀無線充葩系統(tǒng)！有效距離中、效率高、持密謂堇匹配。適用于畐功率無統(tǒng)充電垂煩！三大效能指針效率、安全、功率

e.濾波與穩(wěn)壓器：這部份難度在接收裝置空間有限，設(shè)計(jì)上要小型化的困難處，通常高轉(zhuǎn)換效率的電路配置大體積被動(dòng)零件。e.設(shè)計(jì)最艱難的部份在于安全先前提到無線充電系統(tǒng)與電磁爐一樣會(huì)發(fā)射電磁波能量，這有兩大問題：其一為當(dāng)發(fā)射器上沒有放目標(biāo)充電裝置時(shí)一樣在發(fā)射能量，長時(shí)間下會(huì)造成能源的浪費(fèi)，不符合現(xiàn)在產(chǎn)品節(jié)能的趨勢(shì)。另外一個(gè)問題較嚴(yán)重，為當(dāng)發(fā)射器上放的是金屬異物，電磁波對(duì)其加熱;這個(gè)狀況輕則燒毀裝置，重則發(fā)生火災(zāi)危其人員生命財(cái)產(chǎn)。所以無線充電系統(tǒng)若要上市銷售，必需要有一個(gè)重要的功能即為「受電端目標(biāo)物辨識(shí)」，當(dāng)正確的目標(biāo)物放置在發(fā)射器上才開始送電，若不是的話則不送電。用來偵測近距離裝置的方法有很多，但在無線充電系統(tǒng)上有一個(gè)問題就是無法采用昂貴的零件來完成這個(gè)功能，記住目前設(shè)計(jì)的只是一個(gè)充電器，若成本太高的話市場會(huì)無法接受這個(gè)功能。無線充由能量之危險(xiǎn)處而目前有兩個(gè)實(shí)用的方法來完成這個(gè)功能：1.磁力激活：在受電端上裝一個(gè)磁鐵，當(dāng)發(fā)射端感應(yīng)到磁力后開始發(fā)送能量，這個(gè)方法簡單有效，因?yàn)闆]有人會(huì)無意中放一個(gè)磁鐵在發(fā)射器上讓它燒毀。2?感應(yīng)線圈上的資料傳送：這是目前認(rèn)為最安全的方法，與RFID的原理相同,利用兩個(gè)線圈內(nèi)的電力傳送中，包含資料碼一起傳送;這個(gè)方法最安全也是最難完成的，因?yàn)楦袘?yīng)線圈上有高能量的電力傳輸、另外還包含了系統(tǒng)的噪聲與負(fù)載電流變化的干擾，如何有效的傳送資料碼是一大難題?？勺児β氏到y(tǒng)需建立在數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制上

一個(gè)理想的系統(tǒng)為在無線充電發(fā)射器上放置不同的接收器，接收器可為不同的裝置從小電力的耳機(jī)到大功率的筆記型計(jì)算機(jī)，都應(yīng)該要能對(duì)應(yīng)不同的目標(biāo)物;但每個(gè)接收裝置的電力需求都不一樣，這時(shí)發(fā)射器必需要能自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出。但這樣的功能要建立在發(fā)射器與接收器要能夠傳送資料碼來進(jìn)行溝通，所以如何運(yùn)用感應(yīng)電力的線圈進(jìn)行資料碼傳送是研發(fā)的要點(diǎn)。關(guān)于這個(gè)技術(shù)數(shù)年前已經(jīng)有多家公司投入開發(fā)，其每家公司的方法有差異在實(shí)作上的穩(wěn)定性也需要再經(jīng)過驗(yàn)證。無線充電共通標(biāo)是理想?yún)s難以實(shí)現(xiàn)目前有業(yè)者在推行無線充電標(biāo)準(zhǔn)，理想化的標(biāo)準(zhǔn)是可以跨品牌使用。這個(gè)是一個(gè)很理想化的目標(biāo)，所謂的標(biāo)準(zhǔn)就針對(duì)兩個(gè)部份需要規(guī)范才能運(yùn)作;第一就是要有共通的共振頻率，電力傳輸是需要透過預(yù)設(shè)好的共振頻率來傳送，發(fā)射器提供的電磁波能量之頻率需要是接收器的共振頻率才能得到好的轉(zhuǎn)換效率。第二就是標(biāo)準(zhǔn)的資料傳送碼或其它識(shí)別激活方式，發(fā)射器需要對(duì)應(yīng)到正確的接收器才能開始送電。一個(gè)共通的標(biāo)準(zhǔn)的確是市場所期待的，目前在推動(dòng)無線充電標(biāo)準(zhǔn)化的團(tuán)體已經(jīng)運(yùn)作多時(shí)，但在市面上的產(chǎn)品還算少見，這部份可以深入了解后可以發(fā)現(xiàn)一些問題，一部份是其標(biāo)準(zhǔn)尚未完整以致研發(fā)人員照規(guī)格書開發(fā)確無法順利將產(chǎn)品完成;另一個(gè)問題是該標(biāo)準(zhǔn)并不是免費(fèi)的，當(dāng)產(chǎn)品上市前需要先支付相關(guān)專利的權(quán)利金，所以共通標(biāo)準(zhǔn)是未來的趨勢(shì)，但目前實(shí)際應(yīng)用還未成熟。感應(yīng)線圈與磁性材料搭配使用RFJDfflfIC力?鬥HyperShield國鋪!聲e”吐tg計(jì)”1飾1"孑畑肝叭盼石的7^7^亍才*menna三大關(guān)鍵組件牽動(dòng)三個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就無線充電產(chǎn)品看有三大關(guān)鍵組件，其中有控制電路板、感應(yīng)線圈、磁性材料。目前無線充電尚在起步階段，市場預(yù)期接下來的二到三年會(huì)開始高度成長，而四年后將會(huì)變成品牌商品的標(biāo)準(zhǔn)備規(guī)格之一。這個(gè)市場的成長