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

图1　受电端模组

以下整流器动作原理举其中一端进行说明，两端为对称结构故为反相运作。当S1由高电位切到低电位，反之S2会从低电位切到高电位，此时动作应该Q13要进入导通，另外Q23要开路，在过去常识中此电路称为半桥同步整流，Q13与Q23互相透过对相讯号进行开关。

图1中为改良电路能提高其切换性能，以Q12与Q22简易搭配出加速电路。以Q12来说明，当S1为高电位时Q12会进入导通而上端S12会被下拉到低电位，而R121会消耗掉一些电流，但因为阻值大所以损耗不多。

当S1准备切到低电位时Q12会切到开入，此时说明一个概念，其开关电路的闸极端可视为一个电容，在切换的瞬间会有充放电时间，而采用MOSFET作为开关元件会有一个特性，便是能承受大电流与电压，该闸极端的电容就会大，代表切换速度慢，反之速度快的元件无法承受大电流与电压，在此举例为一般价位的零件均接近此特性。

在图1中Q13与Q23为高电流元件速度慢，另外搭配Q12与Q22为低电流高速元件，动作为S1切到低电位的瞬间，Q12闸极端电压会透过D122快速释放Q12就会快速开路后，此时S2也将切到高电位，其S12电压透过R121进行充电，而S12充电后使Q13进入导通，此段动作为一连贯动作。

另外，说明当S2切入低电位时，Q13闸极端电容之电压会透过D121快速释放使Q13加速进入开路之状况，所以此区动作之原理为R121与R122是作为切入高电位时对闸极端充电导通用；而D121与D122为切入低电位时，用来快速释放闸极端电容之电压加速开路，而Q12之动作类似跷跷板用来切换方向所使用。

另外，Q131是用来暂停Q13导通所使用，Q131连接RX-U1进行控制，其从U1控制输入高电位，就以Q131导通效果，为使S12保持在低电位。

参考图2其W6_3为线圈讯号、W6_2为S12即Q13之闸极端讯号、W6_1为Q131闸极端讯号，当RX-U1输出高电位到Q131便会使该区段S12讯号维持在低电位，造成整流器在该区段不发生导通状况，用意在于暂停整流动作。

图2　受电端线圈讯号、整流开关讯号与调制讯号

呼应前段所述，在调制技术中改变线圈阻抗，在后端输出有负载的状况下透过暂停整流，即可降低受电线圈上的阻抗，但此方式须于后端有负载的状况下才能起作用，当后端为空载的状况下暂停整流，并不会改变线圈上的阻抗。

所以另外要设计在空载下调制讯号的方法，加入R5、R6做为空载下的讯号调制用，其分别从线圈两端进行负载调制，由于是交替运作，所以两个电阻采用不同阻值，以对应在不同的负载状况下产生差别的调制强度。因此整个调制技术简单说明为当后端为空载或轻负载时，就由R5、R6担任于调制期间加重受电线圈阻抗之工作，当后端输出负载加重，其阻抗小于R5、R6后，其调制作用将会丧失，所以透过暂停整流器运作的方式，以短暂降低受电线圈上的阻抗来产生调制效果。

参照图3错动式讯号图，W7_3为受电线圈讯号、W7_1与W7_2分别为P04与P11讯号、W7_4为S1讯号，其与W7_3不同在于通过一个C1电容之谐振效果后取得较强电流推力，其波形也会接近方波讯号；W7_5与W7_6分别为S12与S22讯号，从图3中可看到设计中的调制讯号从线圈两端分别进行调制，并分成调制单端、解除调制、调制另一单端后再解除调制完成，此设计的用意在于对受电线圈接收电力影响最小的情况下，产生最大调制讯号。

图3　错动式调制讯号图

中功率供电端改良方法：高线圈电压解调技术

前段所提为在受电端采行之调制方法，用意在受电端与供电端线圈感应后，反射最大调制讯号与最不干扰电力之传送，其讯号反射到供电线圈后在其上产生振幅波动。此段所介绍的是，如何将该波动转换成能让供电端主控IC进行解码之讯号。

参考图4供电端模组方块图，此范例为在一个直流24伏特(V)供电驱动之供电端架构，开关驱动元件U4、U5为全桥驱动线圈与谐振电容C1，理想状况下线圈与C1中间应为正弦波讯号，但因为求效率，其线圈与电容采用低阻抗元件配置，所以于开关讯号切换瞬间为直拉型的电压切换讯号，而该讯号为非谐振成分，因此在第一道处理为去除驱动电压成分取出纯谐振讯号。

图4　供电端模组

在图4中由两个运算放大器OPA1、OPA2构成两个差动放大电路，其OPA1动作为由R608与R609进行分压驱动电源作为差动参考点；另外，由R610与R605对线圈谐振讯号进行分压作为放大讯号输入，在此有一配置为R608、R609与R610、R605之分压比例皆为50比1，其用意在于取出与电源驱动电压与谐振讯号中开关电压失真相等后，透过差动放大出谐振讯号高于电源驱动电之成分进行放大。

放大后输出分成两路，其一为经由D701后与R703、R704、C704构成简单检波电路取出讯号之有效直流电压，参考图5该电压为V_dc讯号。