無線充電與可穿戴的系統(tǒng)框架及參考設(shè)計資料下載

作者：Landa Culberson，貿(mào)澤電子 無線充電預(yù)計將迎來大爆發(fā)，未來四年到2018年有可能成長為85億美元的市場。以前由于深陷于激烈競爭的標(biāo)準(zhǔn)和消費者的冷漠，無線充電市場遲遲沒有大起色，但現(xiàn)在，隨著可穿戴的出現(xiàn)和逐漸普及，無線充電獲得了能夠真正起飛的助力。不僅無線充電與可穿戴技術(shù)的雙劍合璧本身就具備強大的吸引力，一些巨頭公司如谷歌、微軟和蘋果，也將具備無線充電功能的智能手表帶入了可穿戴市場，這也培育了2014年中期仍然不曾聽到過無線充電技術(shù)的消費者，讓他們知道了無線充電技術(shù)的概念和價值。然而，截至2018年，可穿戴設(shè)備僅占據(jù)無線充電市場的冰山一角。無線充電的真正機(jī)會大部分還寄托在手機(jī)、平板和其它應(yīng)用上。本文重點介紹一些目前已經(jīng)面市的新產(chǎn)品，它們帶無線充電技術(shù) ，覆蓋可穿戴、車載設(shè)備以及兩者之間的應(yīng)用。 圖1摩托360智能手表使用無線充電底座來充電。 （來源：） 1.無線充電與可穿戴完美融合 無線充電牽涉到使交流電通過發(fā)射器線圈（在充電底座內(nèi)），從而產(chǎn)生磁場，磁場感應(yīng)引起附近的接收器線圈生成電壓（在移動設(shè)備中），這些電壓然后用于該設(shè)備的電池充電。相較于USB充電或插入墻壁適配器充電，由于在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，無線充電的效率較低，充電需要更長時間，因此需要為它適配高效的外殼。 無線充電類可穿戴設(shè)計的外殼是很堅固的。因為可穿戴設(shè)備需要在身上穿戴一段較長時間，外形必須不顯眼——小，重量輕，薄，體積不大。因此，只有非常小的區(qū)域可分配給電池和相關(guān)電路。簡單的可穿戴設(shè)備，比如健身追蹤器，使用的小型電池可以工作長達(dá)一個星期而無需充電，但目前的趨勢是可穿戴設(shè)備的功能越發(fā)強大，比如市場上的新貴智能手表。 這些智能手表具備一些高功耗的特性，如全彩色觸摸屏，電話和短信，更為強大的健身追蹤能力，因此即便使用目前最高效的鋰離子（Li-Ion）電池和鋰聚合物（鋰聚合物）電池技術(shù)，這些智能手表的續(xù)航表現(xiàn)也非常差。從目前產(chǎn)品的評測來看，大多數(shù)智能手表一至兩天就必須再次充電，有些甚至不到一天，后者包括定于2015年早期發(fā)售的蘋果手表。經(jīng)常性的充電需要比接插式更簡便的充電方式。 加入無線充電，智能手表的電池在充電時，只需要將其放置在底座上，或者是像蘋果手表一樣，攪合到手表后背的一個小圓形磁化連接。相對來說，為智能手表和其它可穿戴設(shè)備的小電池?zé)o線充電時間較短（約一小時即從空到完全充滿），要比手機(jī)以及其它較大移動設(shè)備的大容量電池?zé)o線充電時等待時間的容忍程度要強一些。除了增加便利性以及合理的充電時間，無線充電還允許可穿戴設(shè)備完全密封或防水，這對車身電子是一個非常具備吸引力的保護(hù)特性。 圖2典型的系統(tǒng)框架圖，其中bq5105x用作鋰離子/鋰聚合物電池的無線充電器。配套的bq500210是發(fā)射端控制器，bq5105x能夠為直接電池充電器解決方案提供完整的無線電源傳輸系統(tǒng)。 德州儀器豐富的電源管理產(chǎn)品組合同時包括面向可穿戴的無線和非無線（插件）解決方案。事實上，最近推出的摩托羅拉360智能手表（見圖1），在谷歌Android Wear設(shè)備中最先提供無線充電特性，使用bq51051B無線電源接收器解決方案，符合無線充電聯(lián)盟Qi標(biāo)準(zhǔn)的互操作性。因此，盡管也自帶充電底座，摩托360也可用于其它任何兼容Qi的充電底座。bq51051B集成度高，將幾個最重要的接收器端元件，包括整流器、無線電源接收器和電池充電器，封裝在一個很小的一體包裝中。對于非無線充電可穿戴設(shè)備，TI提供了新款bq2510x，是單體鋰離子和鋰聚合物電池充電器IC，可以使用USB輸入或者低成本墻上適配器獲取的未穩(wěn)壓電源來對電池充電。 沃思電子擁有全系列無線電源充電線圈，并且是市場上唯一同時擁有發(fā)射線圈和接收線圈的制造商。加入的新款產(chǎn)品，760308100110和760308100111，都是圓形底座板型無線發(fā)射器充電線圈。這些線圈兼容Qi-標(biāo)準(zhǔn)，非常適用于圓型“腕帶式”應(yīng)用的充電底座，比如用于智能手表中。760308100110和760308100111分別針對A10和A11Qi發(fā)射器設(shè)計。 2.車載應(yīng)用 電動汽車無線充電還處于初期階段，未來兩到三年大多數(shù)解決方案還處于試點狀態(tài)。但是，目前用于車輛控制臺的無線充電解決方案已經(jīng)出現(xiàn)。其中一個案例是飛思卡爾面向汽車應(yīng)用的WCT-5WTXAUTO無線充電參考設(shè)計，它基于飛思卡爾高集成、兼容Qi的WCT100xA無線電源傳輸控制器，針對5W線圈拓?fù)洹６嗑€圈參考設(shè)計完全兼容Qi，傳輸效率大于65％，并考慮了車輛環(huán)境下無線充電器實現(xiàn)時的獨特挑戰(zhàn)，如視運行狀況不同從標(biāo)稱12 VDC的汽車電池中處理大幅變化的輸入電壓（6 - 14V）。 圖3：飛思卡爾用于汽車應(yīng)用的多線圈無線充電參考設(shè)計框圖。 該設(shè)計還減少了諧波發(fā)射，以減輕對汽車系統(tǒng)的干擾，同時滿足汽車行業(yè)EMC標(biāo)準(zhǔn)，支持異物檢測以提醒垃圾擋道，并允許控制臺上的充電設(shè)備自由擺放。 3.智能手機(jī)、平板以及其它一些應(yīng)用 目前已經(jīng)出現(xiàn)一大堆更常見的無線充電應(yīng)用產(chǎn)品，包括智能電話、平板等。 最新的無線電源接收器包括松下的AN32258A-PR和IDT的IDTP9025A。兩者都兼容Qi，并為移動應(yīng)用提供超緊湊解決方案。IDTP9025A集成了高效率同步全橋整流，而AN3225A-PR提供了對外部全橋同步整流的控制。兩者還帶異物檢測和5V穩(wěn)壓輸出功能，后者用于為電池充電的電源電路。 圖4：兼容Qi的無線電源系統(tǒng)，用于松下公司的AN32258A和NN32251A。 對于公眾用途的無線充電站，可再次考慮飛思卡爾的WCT100xA兼容Qi的無線電源傳輸控制器。常見的5W單線圈Qi應(yīng)用型無線充電器參考設(shè)計可以考慮WCT-5W1COILTX，它使用WCT100xA來管理和執(zhí)行所有發(fā)射器控制功能，其傳輸效率超過75％。 如果需要兼容WPC標(biāo)準(zhǔn)的無線充電發(fā)射器線圈，可以關(guān)注Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。 24 uH容、6A的線圈具有高滲透性屏蔽以引導(dǎo)磁場指向耦合區(qū)，可以最大限度地提高效率和避免干擾問題，而且復(fù)合材料使用高飽和鐵粉，以使線圈不受任何可能使用的永久磁鐵定位的影響。? (mbbeetchina)