可穿戴设备+Qi兼容无线充电是完美解决方案？

的匝数，以获得所需的电感。如前所述，由于耦合系数降低，小线圈所需的电感会比大线圈高。为了在较小空间内达到较高的电感值，匝数会增加，导线直径会减校更细的导线和更多的匝数带来的合并效应，将迫使直流电阻升高并降低效率。

屏蔽层能提供低阻抗的磁通路径，并能增加线圈的电感。此外，屏蔽层还能阻止交流电磁场进入电池和接收器周围的金属体。更大、更厚的屏蔽层比较好，因为较薄的屏蔽层将遭遇高通量磁场饱和的风险。发射器线圈设计的物理限制较少。线圈可以更大，并且其电感可以更低。

用于标准5W WPC应用的典型线圈是A11型线圈。这种环形线圈直径约50mm，背后有厚厚的铁氧体屏蔽层。虽然这种线圈已在具有多种类型接收器的大量应用中经过了测试，但它最适合较高的功率级（3W~5W）。对于较低功率和缩小范围的接收器，许多线圈尺寸可减小。

A11线圈的典型电感为6.3μH.为获得最佳性能，应保持此值。导线直径可减小，以允许更小的线圈尺寸，但是这会增加直流电阻损耗。通过减小屏蔽层厚度，可进一步实现尺寸的缩减。有几种类型的屏蔽层可提供良好的性能。

用一个30mm的圆形发射器线圈进行测试的效果甚佳（图3）。实现更小的解决方案并非痴人说梦，但设计人员务必要注意不能使直流电阻显着增加。大多数WPC发射器中所用的谐振转换器架构，即使在负载最小时，电流仍然在一次线圈内流动。考虑到产品的尺寸限制，Tx线圈的直流电阻必须在实际情况允许的条件下尽可能减小，以避免过多的功率损耗。

图3：标准收发器线圈和30mm低功耗线圈。

低功耗接收器

bq51003是德州仪器（TI）无线电源接收器bq51xxx产品系列中的一款器件，专为低功耗应用量身打造。该器件中的关键变化是为较低的输出电流优化几种功能的特性。该器件系列具有动态整流器控制功能以改善负载瞬态特性（表2）。Qi标准有一个相对缓慢的全局反馈回路，最多可能需要100ms的时间来改变工作点。这意味着负载阶跃会降低输出电压并引起系统复位。为了提供足够的电压应对瞬态变化，在低负载时需要把VRECT工作点设高。

该特性有助于负载阶跃，但会降低轻载效率。为解决这个问题，用动态效率调节功能来调节轻载电压，以适应最大输出负载。此外，还用一个电阻器来设定最大输出电流。

表2：针对无线接收器（bq51003）的动态整流器控制。

由于耗散功率而缩减了的PCB面积，散热路径也应予以考虑。因为典型的应用需要用降低的充电电流为小型电池充电，所以耗散功率是可以控制的。

如前所述，bq51003及bq51013B等其他恒压输出接收器可与二次IC协同工作，调节并管理至锂离子电池的电流。这些电池需要精确的恒流/恒压充电控制配置参数，这些参数可通过bq24232（图 4）等器件来实现。对低功耗应用而言，简单的低成本线性充电器通常是上佳之选。抉择充电器设备的一个关键因素是验证它能否控制可穿戴设备所用小型电池需要的低充电电流水平。bq24232在必要时可调节低至25mA的恒定电流水平，并且已在使用小型电池的应用中大显身手。

图4：适合低功耗应用的无线电源接收器（带电池充电器）。

低功耗发射器

对于功率为5W的典型应用，有很多拥有各种特性的Qi发射器类型。bq50xxx系列支持5W或更高的接收器输出功率。对于低功耗应用，bq500211是一个很好的起点。它提供标准的EVM套件，具有单线圈5V输入、A11型的发射器线圈。然而，正如前文所述，针对更低功耗的可穿戴应用，这种线圈可用更小的元件取代。该器件可选择通过USB端口或低功耗5V电源适配器供电运行。发射器设计还有小型低成本的选项。

bq500211 Qi发射器控制器拥有输入功率限制选项，至发射器的输入电流可被限制在500mA，从而允许通过USB端口或小型电源适配器供电运行。这非常适合要求低电流的低功耗接收器。图5展示了一个方框图范例。输入电流跨电阻器检测并通过电流检测放大器放大。电源部分使用带集成驱动器的功率级MOSFET.但独立的驱动器和低损耗的MOSFET可用于降低成本。如前所述，在输出功率较低时，FOD保护功能是可选项；图5所示电路未实施FOD功能。另外，为了简单并降低成本，图5中的设计未显示用于低功耗待机模式的可选电路。

图5：低功耗发射器。

结论

现在，用既有的定制器件在低功耗可穿戴设计中实现无线感应充电已成为可能。要设计功率范围为 500mW~1500mW的工作解决方案，其中一项关键的因素是磁性元件的优化-具体而言，就是让较小尺寸的接收器线圈与相应较小尺寸的发射器线圈相匹配，以保持最佳的耦合系数。此外，用bq5002