無線充電與可穿戴的系統框架及參考設計資料下載

作者：Landa Culberson，貿澤電子 無線充電預計將迎來大爆發，未來四年到2018年有可能成長為85億美元的市場。以前由于深陷于激烈競爭的標準和消費者的冷漠，無線充電市場遲遲沒有大起色，但現在，隨著可穿戴的出現和逐漸普及，無線充電獲得了能夠真正起飛的助力。不僅無線充電與可穿戴技術的雙劍合璧本身就具備強大的吸引力，一些巨頭公司如谷歌、微軟和蘋果，也將具備無線充電功能的智能手表帶入了可穿戴市場，這也培育了2014年中期仍然不曾聽到過無線充電技術的消費者，讓他們知道了無線充電技術的概念和價值。然而，截至2018年，可穿戴設備僅占據無線充電市場的冰山一角。無線充電的真正機會大部分還寄托在手機、平板和其它應用上。本文重點介紹一些目前已經面市的新產品，它們帶無線充電技術 ，覆蓋可穿戴、車載設備以及兩者之間的應用。 圖1摩托360智能手表使用無線充電底座來充電。 （來源：） 1.無線充電與可穿戴完美融合 無線充電牽涉到使交流電通過發射器線圈（在充電底座內），從而產生磁場，磁場感應引起附近的接收器線圈生成電壓（在移動設備中），這些電壓然后用于該設備的電池充電。相較于USB充電或插入墻壁適配器充電，由于在能量轉換過程中的損失，無線充電的效率較低，充電需要更長時間，因此需要為它適配高效的外殼。 無線充電類可穿戴設計的外殼是很堅固的。因為可穿戴設備需要在身上穿戴一段較長時間，外形必須不顯眼——小，重量輕，薄，體積不大。因此，只有非常小的區域可分配給電池和相關電路。簡單的可穿戴設備，比如健身追蹤器，使用的小型電池可以工作長達一個星期而無需充電，但目前的趨勢是可穿戴設備的功能越發強大，比如市場上的新貴智能手表。 這些智能手表具備一些高功耗的特性，如全彩色觸摸屏，電話和短信，更為強大的健身追蹤能力，因此即便使用目前最高效的鋰離子（Li-Ion）電池和鋰聚合物（鋰聚合物）電池技術，這些智能手表的續航表現也非常差。從目前產品的評測來看，大多數智能手表一至兩天就必須再次充電，有些甚至不到一天，后者包括定于2015年早期發售的蘋果手表。經常性的充電需要比接插式更簡便的充電方式。 加入無線充電，智能手表的電池在充電時，只需要將其放置在底座上，或者是像蘋果手表一樣，攪合到手表后背的一個小圓形磁化連接。相對來說，為智能手表和其它可穿戴設備的小電池無線充電時間較短（約一小時即從空到完全充滿），要比手機以及其它較大移動設備的大容量電池無線充電時等待時間的容忍程度要強一些。除了增加便利性以及合理的充電時間，無線充電還允許可穿戴設備完全密封或防水，這對車身電子是一個非常具備吸引力的保護特性。 圖2典型的系統框架圖，其中bq5105x用作鋰離子/鋰聚合物電池的無線充電器。配套的bq500210是發射端控制器，bq5105x能夠為直接電池充電器解決方案提供完整的無線電源傳輸系統。 德州儀器豐富的電源管理產品組合同時包括面向可穿戴的無線和非無線（插件）解決方案。事實上，最近推出的摩托羅拉360智能手表（見圖1），在谷歌Android Wear設備中最先提供無線充電特性，使用bq51051B無線電源接收器解決方案，符合無線充電聯盟Qi標準的互操作性。因此，盡管也自帶充電底座，摩托360也可用于其它任何兼容Qi的充電底座。bq51051B集成度高，將幾個最重要的接收器端元件，包括整流器、無線電源接收器和電池充電器，封裝在一個很小的一體包裝中。對于非無線充電可穿戴設備，TI提供了新款bq2510x，是單體鋰離子和鋰聚合物電池充電器IC，可以使用USB輸入或者低成本墻上適配器獲取的未穩壓電源來對電池充電。 沃思電子擁有全系列無線電源充電線圈，并且是市場上唯一同時擁有發射線圈和接收線圈的制造商。加入的新款產品，760308100110和760308100111，都是圓形底座板型無線發射器充電線圈。這些線圈兼容Qi-標準，非常適用于圓型“腕帶式”應用的充電底座，比如用于智能手表中。760308100110和760308100111分別針對A10和A11Qi發射器設計。 2.車載應用 電動汽車無線充電還處于初期階段，未來兩到三年大多數解決方案還處于試點狀態。但是，目前用于車輛控制臺的無線充電解決方案已經出現。其中一個案例是飛思卡爾面向汽車應用的WCT-5WTXAUTO無線充電參考設計，它基于飛思卡爾高集成、兼容Qi的WCT100xA無線電源傳輸控制器，針對5W線圈拓撲。多線圈參考設計完全兼容Qi，傳輸效率大于65％，并考慮了車輛環境下無線充電器實現時的獨特挑戰，如視運行狀況不同從標稱12 VDC的汽車電池中處理大幅變化的輸入電壓（6 - 14V）。 圖3：飛思卡爾用于汽車應用的多線圈無線充電參考設計框圖。 該設計還減少了諧波發射，以減輕對汽車系統的干擾，同時滿足汽車行業EMC標準，支持異物檢測以提醒垃圾擋道，并允許控制臺上的充電設備自由擺放。 3.智能手機、平板以及其它一些應用 目前已經出現一大堆更常見的無線充電應用產品，包括智能電話、平板等。 最新的無線電源接收器包括松下的AN32258A-PR和IDT的IDTP9025A。兩者都兼容Qi，并為移動應用提供超緊湊解決方案。IDTP9025A集成了高效率同步全橋整流，而AN3225A-PR提供了對外部全橋同步整流的控制。兩者還帶異物檢測和5V穩壓輸出功能，后者用于為電池充電的電源電路。 圖4：兼容Qi的無線電源系統，用于松下公司的AN32258A和NN32251A。 對于公眾用途的無線充電站，可再次考慮飛思卡爾的WCT100xA兼容Qi的無線電源傳輸控制器。常見的5W單線圈Qi應用型無線充電器參考設計可以考慮WCT-5W1COILTX，它使用WCT100xA來管理和執行所有發射器控制功能，其傳輸效率超過75％。 如果需要兼容WPC標準的無線充電發射器線圈，可以關注Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。 24 uH容、6A的線圈具有高滲透性屏蔽以引導磁場指向耦合區，可以最大限度地提高效率和避免干擾問題，而且復合材料使用高飽和鐵粉，以使線圈不受任何可能使用的永久磁鐵定位的影響。? (mbbeetchina)