Qi標(biāo)準(zhǔn)及無線充電解決方案介紹

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無線充電技術(shù)在消費(fèi)類市場表現(xiàn)出宏大的市場潛力。在不使用連線的情況下給電子設(shè)備充電不但可為便攜式設(shè)備用戶提供一種便利的處理方案，而且還讓廣闊設(shè)計(jì)人員可以尋找到更具創(chuàng)新性的問題處理方法。許多電池供電型便攜式設(shè)備均能受益于這種技術(shù)，從手機(jī)到電動(dòng)汽車不一而足。

電感耦合方法可以實(shí)現(xiàn)高效和通用的無線充電。為了便于使用并且讓設(shè)計(jì)人員和消費(fèi)者都受益，無線充電聯(lián)盟(WPC)制定出了一種規(guī)范，在供電設(shè)備(無線發(fā)射端，充電站)和用電設(shè)備(無線接收端，便攜式設(shè)備)之間創(chuàng)立了互操作性。WPC成立于2020年，由亞洲、歐洲和美國的各行業(yè)公司組成，其中包括電子設(shè)備制造廠商和原始設(shè)備制造商(OEM)。WPC規(guī)范定義了電感耦合(線圈構(gòu)造)的類型，以及低功率無線設(shè)備所用的通信協(xié)議。在這種規(guī)范下工作的任何設(shè)備都可以與任何其他WPC兼容設(shè)備配對。這種方法的一個(gè)重要的好處是其利用這些線圈來實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送端和無線接收端之間的通信。

無線充電WPC規(guī)范

WPC規(guī)范下，無線傳輸?shù)摹暗凸β狮暰褪钦f功耗僅為0～5W。到達(dá)這一規(guī)范范圍的系統(tǒng)在兩個(gè)平面線圈之間使用電感耦合來將電力從無線發(fā)送端傳輸給無線接收端。兩個(gè)線圈之間的間隔一般為5mm。輸出電壓調(diào)節(jié)由一個(gè)全局?jǐn)?shù)字控制環(huán)路負(fù)責(zé)，這時(shí)無線接收端會(huì)與無線發(fā)送端通信，并要求或多或少的功率。該通信是一種通過反向散射調(diào)制從無線接收端到無線發(fā)送端的單向通信。在反向散射調(diào)制中，無線接收端線圈受到負(fù)載，從而改變無線發(fā)送端的電流消耗。我們對這些電流變化進(jìn)展監(jiān)控，并解調(diào)成兩個(gè)設(shè)備協(xié)同工作所需的信息。

WPC規(guī)范定義了系統(tǒng)的三個(gè)主要方面——提供電力的無線發(fā)送端、使用電力的無線接收端以及這兩種設(shè)備之間的通信協(xié)議。下面，我們將詳細(xì)介紹這三個(gè)方面。

無線發(fā)送端

電力傳輸方向始終是從無線發(fā)送端到無線接收端。無線發(fā)送端的關(guān)鍵電路是用于向無線接收端傳輸電力的一次線圈、驅(qū)動(dòng)一次線圈的控制單元以及解調(diào)一次線圈電壓或者電流的通信電路。我們對無線發(fā)送端設(shè)計(jì)的靈敏性進(jìn)展了限制，旨在向無線接收端提供一致的電力和電壓電平。

無線接收端將本人作為無線發(fā)送端的一個(gè)兼容設(shè)備，同時(shí)也提供配置信息。一旦發(fā)射器開場電力傳輸，無線接收端就向無線發(fā)送端發(fā)送一些誤差數(shù)據(jù)包，從而要求或多或少的電力。一旦接收到一個(gè)“終止電力〞消息，或者假如1.25秒以上都沒有接收到數(shù)據(jù)包，那么無線發(fā)送端停頓供電。沒有電力傳輸時(shí)，無線發(fā)送端那么進(jìn)入低功率待機(jī)形式。

WPC規(guī)范允許使用固定和挪動(dòng)配置。單個(gè)固定線圈(稱作類型A1)為卓芯微無線充電支持的處理方案。

無線發(fā)送端(其通常為一個(gè)平面用戶將無線接收端放置在上面)連接至電源。符合WPC規(guī)范的設(shè)備線圈起到了一個(gè)50%占空比諧振半橋的作用，其輸入為19VDC(±1V)。假如無線接收端需要或多或少的功率，那么線圈頻率會(huì)發(fā)生變化，但會(huì)堅(jiān)持在110到205kHz之間，詳細(xì)取決于功率需求。

無線接收端

無線接收端通常為一種便攜式設(shè)備。無線接收端的關(guān)鍵電路是用于從無線發(fā)送端接收電力的次級線圈、用于將AC轉(zhuǎn)換為DC的整流電路、用于將未穩(wěn)壓DC轉(zhuǎn)換為經(jīng)過穩(wěn)壓的DC的電源調(diào)節(jié)電路以及用于將信號(hào)調(diào)制到次級線圈的通信電路。無線接收端負(fù)責(zé)其身份認(rèn)證和電源要求的所有通信，因?yàn)闊o線發(fā)送端只是一個(gè)“收聽者〞。

雖然為了讓其符合WPC規(guī)范我們對無線發(fā)送端的設(shè)計(jì)進(jìn)展了限制，但設(shè)計(jì)無線接收端時(shí)卻可以有更多的自在。我們可以調(diào)節(jié)無線接收端的線圈尺寸，以滿足設(shè)備的體積要求。利用5V、500mA輸出的70%典型效率，我們對無線接收端的線圈電壓進(jìn)展全波整流。由于兩個(gè)設(shè)備之間的通信是單向的，因而WPC選擇無線接收端作為“述說者〞。電感電能傳輸通過耦合一次到次級線圈的磁場工作。非耦合磁力線圍繞一次線圈旋轉(zhuǎn)，且只要磁力線不耦合寄生負(fù)載其便不會(huì)呈現(xiàn)損耗(例如：金屬的渦流損耗等)。

通信協(xié)議

通信協(xié)議包括模仿和數(shù)字聲脈沖(pinging);身份識(shí)別和配置以及電力傳輸。無線接收端放置在無線發(fā)送端上面時(shí)呈現(xiàn)的典型啟動(dòng)順序如下：

來自無線發(fā)送端的模仿ping檢測到對象的存在

來自無線發(fā)送端的數(shù)字ping為模仿ping的加長版，并讓無線接收端有時(shí)間回復(fù)一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度包。假如該信息強(qiáng)度包有效，那么無線發(fā)送端會(huì)讓線圈堅(jiān)持通電并進(jìn)展下一步驟

身份識(shí)別和配置階段期間，無線接收端會(huì)發(fā)送一些數(shù)據(jù)包，對其進(jìn)展身份識(shí)別，并向無線發(fā)送端提供配置和設(shè)置信息

在電力傳輸階段，無線接收端向無線發(fā)送端發(fā)送控制誤差包，以增加或者減少電力。正常運(yùn)行期間，每隔約250ms便發(fā)送這些包，而在大信號(hào)變化期間會(huì)每隔32ms發(fā)送一次。另外，在正常運(yùn)行期間，無線發(fā)送端會(huì)每隔5秒鐘便發(fā)送一次電力包。

為了終止電力傳輸，無線接收端會(huì)發(fā)送一條“終止充電〞消息，或者1.25秒時(shí)長內(nèi)都不進(jìn)展