許多類(lèi)型的設(shè)備的無(wú)線充電在便利性方面具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于小型設(shè)備，同時(shí)也提高了安全性。對(duì)于一些植入式醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是勢(shì)在必行的。現(xiàn)在iPhone已經(jīng)有一段時(shí)間的無(wú)線充電，這種操作模式很可能成為常態(tài)。

大多數(shù)較新的手機(jī)都具有無(wú)線充電功能，包括iPhone 8和X，Google Nexus，三星Galaxy和諾基亞Lumia。手表和醫(yī)療設(shè)備正在朝著無(wú)線充電的方向發(fā)展，原因很簡(jiǎn)單，它們沒(méi)有空間容納連接器。相機(jī)和頭戴式設(shè)備添加了此功能以方便使用。

無(wú)線充電或無(wú)線充電非常方便。睡前將手機(jī)、手表、相機(jī)和助聽(tīng)器放在梳妝臺(tái)上的墊子上，并在上午之前將它們?nèi)砍潆姷南敕ǚ浅Ｓ形?。?duì)于許多工業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)也是如此。如果您設(shè)計(jì)任何類(lèi)型的便攜式設(shè)備，您應(yīng)該研究無(wú)線充電。

在許多應(yīng)用中，無(wú)線充電的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能是使用主電池（不可充電）。如果您的功率要求非常低，那很好，因此不需要經(jīng)常更換，為大電池留出空間，并且有空間使其易于取用。但是，實(shí)施無(wú)線充電正變得非常容易和可靠。充電板將很快在餐館和機(jī)場(chǎng)提供，當(dāng)然還有咖啡店。

無(wú)線電力傳輸標(biāo)準(zhǔn)

WPC（Wireless Power Consortium）Qi低功耗（v1.2）和PMA SR1 v2.0 WP，現(xiàn)在稱(chēng)為AirFuel，是目前使用的主要無(wú)線電力傳輸協(xié)議。WPC Qi（發(fā)音為“chee”）是Apple使用的無(wú)線電源標(biāo)準(zhǔn)，具有已知的互操作性。

帶有 Qi 徽標(biāo)的設(shè)備保證與充電板、啟用的汽車(chē)和嵌入式桌面中的認(rèn)證發(fā)射器配合使用。這對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品很重要，用戶(hù)可以期望在家中，汽車(chē)，辦公室，咖啡店，機(jī)場(chǎng)和酒店中使用Qi發(fā)射器。對(duì)于消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用，這很棒;對(duì)于工業(yè)/醫(yī)療設(shè)備，這可能根本不重要，甚至可能被視為安全風(fēng)險(xiǎn)。

Qi 充電器用于 110W 的低功率充電器的頻率在 205 到 5kHz 之間，對(duì)于高達(dá) 80W 的中等功率，用于 300-15kHz。Qi規(guī)范涵蓋充電基站和要充電的設(shè)備。基站通常有一個(gè)平坦的表面，用戶(hù)在其上放置一個(gè)或多個(gè)手機(jī)。為了最大化耦合，基站焊盤(pán)上通常有對(duì)齊標(biāo)記。移動(dòng)單元平放在基站表面上，其線圈與發(fā)射器平行，它們之間的間隙小于10mm。設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

除非基站上放置了兼容的設(shè)備，否則基站不會(huì)激活。它通過(guò)發(fā)送間歇性測(cè)試信號(hào)來(lái)檢查是否存在符合 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來(lái)確定這一點(diǎn)。移動(dòng)設(shè)備通過(guò)傳達(dá)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)響應(yīng)此 ping。

接收器向發(fā)射器發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào)，該信號(hào)僅共享一個(gè)等于所需功率電平與實(shí)際功率電平之差的值。變送器調(diào)整其輸出，以實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求電平和交付電平之間的零差異。所有這些都發(fā)生在 2Kbps 或更低的通信速度下。當(dāng)接收器的充電完成后，它基本上告訴發(fā)射器它可以進(jìn)入待機(jī)模式。

無(wú)線電力傳輸框圖

PMA（Power Matters Alliance）SR1（v2.0），現(xiàn)在稱(chēng)為AirFuel，功率傳輸協(xié)議使用與Qi不同的頻率，以及不同的連接協(xié)議，但操作大致相同。星巴克在他們的Powermat充電板中使用PMA，盡管他們現(xiàn)在正在更新系統(tǒng)以包括WPC Qi（因?yàn)锳pple選擇了該標(biāo)準(zhǔn)）。

專(zhuān)有的NFMC型無(wú)線充電具有令人驚訝的部署水平，某些應(yīng)用已經(jīng)使用無(wú)線電源20年，包括植入式神經(jīng)刺激器。在這段時(shí)間里，這項(xiàng)技術(shù)得到了改進(jìn)。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品已使用專(zhuān)有的近場(chǎng)磁耦合器發(fā)貨。

電路實(shí)現(xiàn)

幾家制造商生產(chǎn)用于無(wú)線充電任務(wù)的IC。Maxim提供出色的MAX77950 WPC/PMA雙模無(wú)線電源接收器。該芯片同時(shí)滿足無(wú)線充電聯(lián)盟 Qi 低功耗 （v1.2） 和電源事務(wù)聯(lián)盟 SR1 v2.0 WP 協(xié)議的要求。使用與任何WPC或PMA發(fā)射器耦合，該芯片可提供高達(dá)12W的輸出功率。

MAX77950接收線圈連接高效同步整流器，其輸出連接精密LDO穩(wěn)壓器。兩種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字控制和通信都是通過(guò)與功率傳輸相同的線圈（即帶內(nèi)）完成的。IC的精密輸出電流和電壓檢測(cè)方案為變送器提供準(zhǔn)確的反饋。電源良好信號(hào)可針對(duì)低電壓值和高電壓值進(jìn)行編程。

MAX77950的小型封裝

該芯片還具有I2C串行接口，用于向應(yīng)用處理器發(fā)送狀態(tài)和警報(bào)。該 IC 提供異物檢測(cè)功能，因此非 WPC/PMA 設(shè)備或物體將被忽略。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備在變送器表面上移動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)功率變送器上部分移除并快速更換時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)壓事件。該 IC 具有預(yù)箝位和箝位功能，以限制整流器輸出電壓。

作為一項(xiàng)特殊功能，該 IC 可用作發(fā)射器，從而使用帶內(nèi) ASK 通信將功率傳輸?shù)搅硪粋€(gè)對(duì)等設(shè)備。這稱(chēng)為對(duì)等電源模式。

該芯片采用微型 6 x 9mm WLP 封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 -40° 至 85°C。 提供評(píng)估板（MAX77950EVKIT）。

MAX77950評(píng)估板

另一種值得注意的方法

諧振式無(wú)線充電是一種可能提供更長(zhǎng)距離和更高功率水平的版本——可能適用于 5 或 10kW 的電動(dòng)汽車(chē)充電。該技術(shù)提供了足夠的承諾，以至于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)都在其規(guī)范中納入了一種共振技術(shù)。1.2版本的Qi標(biāo)準(zhǔn)增加了諧振充電。我讀過(guò)的一些報(bào)告顯示，在 75 到 8 英寸的距離內(nèi)效率為 12%。許多公司正在這一領(lǐng)域工作;兩個(gè)突出的是WiTricity和高通。

確定可充電電池類(lèi)型

對(duì)于您的可充電電池，您可以使用鎳氫（NiMH）或鋰離子，或者銀鋅。銀鋅型主要用于助聽(tīng)器，性?xún)r(jià)比高，但容量低。它們確實(shí)具有比其他類(lèi)型的更高的能量密度，但只有少數(shù)供應(yīng)商，并且限制在 <200mAh。銀鋅有不同的“混合物”，因此請(qǐng)務(wù)必檢查規(guī)格表。

鎳氫電池的成本略低于鋰，但能量密度較低，僅提供1.2V。直徑為300mm，厚度為25mm的7.25mAh紐扣電池NiMh可充電電池在3數(shù)量中每個(gè)售價(jià)50.500美元。這些電池大多更大、容量更高，通常采用標(biāo)準(zhǔn) A、AA、AAA 和 2/3AA 封裝。

鋰離子電池有各種形狀和尺寸。例如，松下ML-1220表面貼裝，12.5 x 2.0mm，17.7mAh紐扣電池僅重0.11g。這款 3.0V 錳鋰電池具有 30μA 放電速率，每 1，30 個(gè)數(shù)量的成本約為 1.500 美元。有幾種類(lèi)型的鋰電池，標(biāo)稱(chēng)電壓為3.0至3.7V。

無(wú)線充電是一個(gè)很好的選擇

為任何低功耗便攜式設(shè)備添加無(wú)線充電幾乎總是一件好事 - 因?yàn)镮C制造商和無(wú)線聯(lián)盟組織已經(jīng)很好地定義了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總組件成本合理，并且組件隨時(shí)可用。但對(duì)于更高功率的設(shè)備，例如電鉆，它可能不實(shí)用。如果 1 到 15W 的充電速率適合您的設(shè)計(jì)，那么當(dāng)然值得研究。

審核編輯：郭婷