大神之作：新型调制/解调技术发威，中功率无线充电效率升级

现今磁感应无线充电多只能提供低功率的充电方式，而为了缩短充电时间，该技术也逐渐往中功率发展；透过供电端与受电端的新型解调与调制技术，来改善线圈传递控制资料的方式，可有效提高中功率磁感应无线充电速度。

在无线充电中简单分成供电端与受电端，供电端为电力转换成电磁波能量发送，而受电端接收其电磁波能量后，进行电性转换，将电力输出到后端提供给受电装置充电或运行使用。
控制讯号为无线充电系统基础

在电磁感应式无线电力系统中，于受电端所需能量大小或开启或关闭充电功能会随受电装置使用状况而改变。对应其供电端线圈上可以透过不同调节能量大小之设计进行发送能量以进行搭配。由于受电端与供电端并没有实体连接，但功能上供电端又须要得知受电端状态以从事功率调节，因此为完成受电端传送控制讯号到供电端再经解析后进行控制形成一个控制回路，无线通讯成为无线充电系统必备之功能。

电磁感应式无线充电架构为供电端发射电磁能量即载波讯号，受电端在接收电磁能量的同时，也对载波讯号进行调制，将其编码后的通讯资料反射到载波讯号之中，供电端再从供电线圈上载波讯号解析出通讯资料进行控制，此技术为业界目普遍产品运作原理，市面上众多的Qi系列产品即使用此方式。

受电端将通讯资料调制到供电线圈上载波讯号中，最大的优点在于成本，此方式毋须额外的通讯模组且在实作通讯只须从受电端传送到供电端，是单向传送即可完成大部分功能需求，而最大的缺点在于影响供电线圈上载波讯号状态，主要为受电端上负载与感应谐振因素。

本文专门研讨在无线充电供电与受电线圈之间通讯调制与解调之技术，碍于篇幅有限，关于无线充电其他原理就不再详细说明。

供电线圈的载波特性限制　频率低/讯号高电压不利通讯

有别于一般专门为通讯设计使用的天线，无线充电是以电力传送为主要目标的线圈设计后，再因功能需求在其上进行通讯功能开发。

在电磁感应式无线充电中供电线圈上讯号的特性为：频率偏低并且不固定、讯号高电压并具有电流驱动力，而此两种特性都不利于通讯方面的用途。

电磁感应式所使用的频率约在100∼300kHz之间，相对于其他通讯技术该频率是非常低的，调制资料鲍率为求可靠，通常要远低于主载波频率，加上本通讯技术之载波只为供电端提供频率，受电端只能透过振幅调变(AM)进行调制，再加上电力传送本身功率大小是透过改变频率方式，进而调节线圈上谐振之振幅完成提高或降低功率输出之功能，所以主载波频率不固定再加上振幅变动大的状况下，其供电端讯号解析所须滤波器的设计变得困难。

另外，要在供电线圈上提高功率，线圈电压须推到100V以上，且线圈上的电流具有相当大的电流推力，才能将能量推送到受电端线圈上，因为供电线圈上增加功率后提高电压与大电流的状况下，受电端要在其上再调制讯号困难度也提高，在调制原理来看受电端须改变受电线圈上的阻抗进行反射到供电线圈上影响其讯号振幅，阻抗改变越大，反射后的振幅改变越大，其讯号也越容易辨识。

但实作上并非如此理想，为了提高功率之送电效率，供电线圈使用低阻抗导线与低电感量配置，在其线圈上电流驱动力相当强劲，即使受电端负载改变，依然能提供相当的讯号振幅以维持推力，此设定造成受电端要在载波上进行讯号调制变得更困难，也就是光靠改变线圈上的阻抗无法有效反射到供电线圈上的载波形成明显改变，载波振幅上的调制深度不足，其讯号解析变得困难。

再者，供电线圈上的讯号本身带有很大杂讯，杂讯来源相当复杂，其主要为供电端本身谐振之讯号抖动外，还有受电端负载反应所造成，所以反射到供电线圈调制讯号须远大于其杂讯，才有可能被解析后进行解码。在此说明受电端调制讯号与供电端解调讯号两方面都有技术挑战须克服，受电端须产生明确的调制讯号；供电端也须有能力在线圈高电压谐振讯号中取出解调方法。

中功率受电端改良方法：新型错动式调制技术

前述所提要达到从受电端线圈反射通讯资料到供电线圈，须透过调制技术改变受电线圈上的阻抗方能完成，而改变调阻抗的方法在过去的常识中，为采用开关元件外加负载于调制期间加大其线圈上的负载效应用于反射。

这样的方式在功率加大后会遇到瓶颈，当受电端后端负载很大的状况下其受电线圈等效负载电阻已经很低，若为调制讯号再加大负载其接近于将线圈短路，如此操作会增加功率损耗与易烧毁元件的问题，再者此方式调制讯号于线圈两端同时加以负载的方式等于与供电端硬碰硬，强力反射到供电圈的讯号在大功率下调制深度也不容易提高。

在此提出一个改良式的调制方法，其有两个重点。其一为调制讯号并非单在线圈上加重负载，调制的目标在于线圈阻抗的改变，所以反向降低线圈阻抗也是可以达到调制之目的。其二为调制讯号并非一定要同时同线圈两端进行调制，可在线圈两端进行交替式的调制，使其受电端反射讯号到供电端线圈上的谐振进行交替互动，避免在大功率下硬碰调制的技术，可以有效加大调制深度。

参考图1为一实作电路图，接收线圈(Coil)感应到电磁能量串接C1谐振电容连接到后端整流电路，其端点S1与S2为反相讯号，实作上从整流器看S1与S2为交替拉扯电压讯号，在有负载的状况下S1与S2波型接近于反相方波。而整流器设计为全桥式结构与传统四个二极体整流器略有些不同，其上端维持D1与D2两个二极体当S1与S2为高电位时将电流带往高端，而下端有别于一般整流器改成两个开关元件，其动作为当S1或S2为低电位时，其连接的开关元件Q13或Q23为导通状态，使后端负载之接地电流可通往线圈。