无线充电系统电路模块与解决方案详解

　　用户如何与设备交互是每个优秀的工程师在项目启动时要问的最基本问题之一。客户需要快速充电吗？需要对准方面的灵活性吗？是不是要求发热量低？需要长距离充电吗？需要大功率吗？每个发射器需要多个接收器？需要很小的外形尺寸吗？所有这些选项都是可以满足的，但通常需要进行折衷考虑。例如，大功率和低发热量并不总是能够同时满足。距离和效率基本上是背道而驰的。因此在为某种设备设计无线充电系统时理解用户需要什么以及如何对这些需求排定优先级是很重要的第一步。

　　在用于衡量无线充电系统性能的指标中，效率永远是第一位的。天生高效的系统可以提供更远的距离、更好的方向灵活性、更低的发热量、更小的尺寸以及更小的电源漏电流。下面是无线充电系统中对效率有决定性影响的三个主要模块：

　　无线充电系统的三大模块

　　如果所有三个模块都工作在最低的估算效率（即图中所示的80%，70%和80%），那么总的系统效率约等于45%。对于一个5W的设备来说，需要用 11W的发射功率才能提供全速充电，大约6W消散于设备本身（作为热量散发掉）和周围环境中，包括空气、装置和人体组织。在低功率情况下，这也许是安全和 可接受的。但在较高功率时，比如电动汽车的充电，此时典型的充电功率至少要5kW，那么有6kW要损失在发射器、汽车和周围环境中，因此会引起严重的发热 和安全问题。当无线充电系统的所有三个模块都工作在最高估算效率（即95%，90%和95%）时，总的系统效率大约为82%。在这种情况下，一个5W的设备只需发 射器提供约6W的充电功率，只有1W因无效而损失掉。为了提高系统效率，设计师应专注于高效率元件，提高发射器与接收器之间的耦合程度。

　　松下无线充电参考设计

　　松下无线电源控制IC支持所有设备（DSC、DVC、随身听、手机、智能手机等），符合WPC（无线充电联盟）的 WPC1.1（Qi标准）。松下无线电源方案采用了一个用于电力发射器（电池充电器）的发射端控制IC（NN32251A(＄5.0312)）和一个用于电力接收器（设备）的接收器控制IC（AN32258A），从而控制电力传输。

　　NN32251A 开发套件（Tx）

　　NN32251A开发工具包的发射模块图像

　　AN32258A 开发套件（Rx）

　　
AN32258A开发工具包的接收模块图像

　　支持各种基于WPC 1.1 （Qi 标准）设备的无线充电。充电过程的异常检测和各种保护功能可确保安全性和可靠性。支持标准范围内的最大5W输出进行快速充电。提供外部低阻抗MOSFET的高效控制，降低功耗和生热。（AN32258）提供包括松下线圈和外围电路在内的解决方案，实现短理论到达时间（TAT）设计。

　　松下无线充电应用示例

　　TI 10W 无线电源解决方案

　　无线电源系统包括充电板（发送器或主设备）和接收器（次级侧设备）。充电板和接收器接触时，两个器件中的线圈通过磁力作用耦合。电力通过耦合的电感器（如空气磁芯变压器）从发送器传输至接收器。控制传输电量的方法是向主器件发送反馈通信（错误信号）以提高或降低电量。发送器线圈在大部分情况下都处于断电状态，只是偶尔接通以检测是否存在接收器。如果接收器能够自我验证，则发送器将始终保持通电状态。

　　10W 高效率无线充电

　　bq51025(＄5.1750)接收器不仅支持4.5V至10V可编程输出电压，而且与 TI bq500215(＄566.8500)无线电源发送器相结合，还可在 10W 功率下实现高达 84% 的充电效率，从而可显著提高散热性能。该功能齐备的无线电源接收器解决方案尺寸仅为 3.60 毫米 × 2.89 毫米，可设计应用在众多便携式工业设计方案中，包括零售终端扫描仪、手持式医疗诊断设备以及平板电脑和超级本等个人电子产品。最新发布的bq500215是一款专用的固定频率10W无线电源数字控制器发送器，兼容于 5W Qi 接收器。该发送器采用增强型异物检测（FOD）方法在发送任何电源之前可进行异物检测，如果检测到过大损耗，便主动降低功率。

　　bq51025/bq500215 的主要特性与优势：

　　快速充电接收器与 TI bq500215 控制器相结合，可在 10W 功率下实现高达 84% 的系统效率，从而可为 1 节及 2 节电池供电电子设备实现快速充电体验；符合 Qi 标准的通信与控制可确保与任何功率达 5W 的无线电源联盟 Qi 认证型发送器及接收器兼容。无线充电解决方案的 I2C 通信接口不仅有助于接收器在发送器表面更好地对齐，而且还支持在接收器和发送器之间发送专有数据包；

　　无线电源评估板

bq51025EVM-649(＄292.4200) 无线电源接收器评估套件可帮助设计人员评估 bq51025 的工作与性能；bq50021