10W无线电源系统的设计技巧

，随着便携式器件内电池容量的增加，要保持快速的充电时间就需要更高的电流。
 

bq51025 10W无线接收器输出电压可在5V至10V的范围内用外部反馈电阻器进行调节。这样就可实现对一节或两节串联电池配置的充电，并且在与一个宽输入电压范围 开关模式NVDC类型充电器组合在一起时，能够保持单节电池充电情况下的高效率[7]。在诸如无线RX输出情况下，NVDC充电器架构在减少较高电压电源 所需的输入电流的同时，可实现低压电池的高效充电。图3显示的是无线接收器电路板在为负载提供一个10W电源的同时，在5V，7V和10V输出设置下的热 响应（分别为图. 3a，b和c）。很明显，10V输出情况下产生的热量最少，应该在高频开关模式充电器可用于电池充电的情况下使用。
 

图3. 无线接收器在10W负载条件下的散热测量。

接收器电路上的串联谐振电容器（图4中的C1）对于优化热性能也同样关键。实际操作中，将多个电容器并连在一起来提供所需的总电容值。
 

图4. 无线电源接收器和关键谐振电容器

在使用C0G（较大封装，低串联等效电阻 (ESR)）和X7R（较小封装，较高ESR）时的热性能差异是十分可观的（图5）。
 

图5.电容器对热性能的影响

较小的、高ESR电容器会成为RX印刷电路板 (PCB) 上温度最高的地方。由这些电容器所导致的PCB温度上升，会阻碍其散发集成电路 (IC) 本身产生的热量，这也就意味着IC和PCB的总体温度都会增加。又由于使用了较小的谐振电容器，总效率从80%下降到74%。
 

图6显示的是使用一个无线电源发射器 (bq500215) 与一个无线电源接收器 (bq51025) 、评估板 (EVM) 和适当组件选择组合配置的10W无线电力传输的总体系统效率。
 

图6. 在5V，7V和10V输出设置时，10W电源系统的端到端效率

线圈选择指南
 

bq500215发射器评估模块使用一个无线电源联盟 (WPC) 类型的29，10µH，30m?线圈，其额定电流为9A。除了10W接收器之外，这个线圈确保了与之前5W WPC类型接收器的兼容性。
 

在接收器端，应该对线圈参数进行优化，以匹配应用的目标输出电压。在需要5V输出的情况下，RX线圈的标称电感值应该在10µH范围内；对于7V或10V的较高输出电压，RX线圈应该在15µH的范围内。
 

虽然理想状态是最大限度地减少线圈的直流电阻 (DCR)，但是在较高的输出电压情况下，允许稍微地增加DCR来应对较低的电流。图7显示的是两个典型RX端线圈。所有RX和TX线圈组装时需要背面屏蔽材料。
 

图7. 针对5V，7V和10V输出要求的典型RX线圈技术规格

电池充电时间比较
 

最后，执行一个10W无线电源系统的原因是减少高容量电池的充电时间。图8显示了与bq24261 NVDC开关模式充电器组合使用时，使用5W和10W无线电源系统时针对3.1Ah锂离子电池的充电时间。充电时间被大幅减少—从使用5W充电器时接近4 个小时减少到使用10W充电器时的少于3小时。由于锂离子电池充电算法的逐渐降低"渐止"属性，总充电时间的减少值与提供的电源不直接成比例。然而，代表 满充电状态大约70%的恒定电流到恒定电压模式的转换点减小到了原来的一半（图8）。
 

图8. 用10W无线电源系统减少电池充电时间

参考文献
 

1.无线电源联盟标准

2.Sengupta & Johns, "使用Qi协议的普遍兼容无线电源," 低功率设计

3.Tahar Allag, "无线电源接收器的测试和排错," 应用报告 (SLUA724)，德州仪器 (TI)，2014年8月

4.Johns, Antonacci, 和 Siddabatula, "设计一个用于无线电源系统的Qi兼容接收器," 模拟应用期刊 (SLYT479), 德州仪器 (TI)，2012年3季度

5.Tahar Allag，"无线电源接收器布局布线指南," 应用报告 (SLUA710), 德州仪器 (TI)，2014年6月

6.Ilya Kovarik, "构建无线电源接收器

7.Jing Ye, "NVDC充电设计注意事项和权衡考虑" 视频教程

8.Würth Elektronik (http://katalog.we-online.de/pbs/datasheet/760308141.pdf)

9.Norelis Medina, 10W 无线电源系统视频演示 

10.下载这些数据表：bq500215, bq51025, bq24261