解析：一種無線充電識別電路的設(shè)計

　　隨著用電設(shè)備對供電品質(zhì)的不斷提高，以及對特殊場合、特殊地理環(huán)境的供電，使得接觸式電能傳輸方式不能滿足實際需要。近年來，有關(guān)無線充電技術(shù)的研究不斷增多。

　　無線充電系統(tǒng)會發(fā)射電磁波能量，當發(fā)射器上沒有放充電裝置時也會發(fā)射能量，造成能源浪費和輻射污染。當發(fā)射器上放金屬異物，電磁波對其加熱，輕則燒毀裝置，重則發(fā)生火災。因此，無線充電系統(tǒng)需要具備對受電端目標物的辨識功能，當正確的目標物放置在發(fā)射器上才進行充電。

　　常用的身份識別方法有：1）磁力激活，在受電端上裝一個磁鐵，當發(fā)射端感應到磁力后發(fā)送能量；2）通過射頻識別（RFID）加強電路安全；3）感應線圈上的資料傳送，利用原副線圈內(nèi)的電力傳送，包含資料碼一起傳送，這種方法最安全也最難完成，因為感應線圈上有高能量的電力傳輸，另外還包含了系統(tǒng)的噪聲與負載電流變化的干擾，如何有效地傳送資料碼是一大難題。為此，在原邊電壓采樣電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種低頻的身份識別電路。

　　1　QI的無線充電通信標準

　　無線充電聯(lián)盟（WPC）標準下，無線傳輸?shù)墓膬H為0～5W。達到這一標準范圍的系統(tǒng)在2個平面線圈之間使用電感耦合將電力從電力發(fā)送器傳輸給電力接收器。原副線圈之間的距離一般為5mm，輸出電壓調(diào)節(jié)由一個全局數(shù)字控制環(huán)路負責，這時電力接收器會與電力發(fā)送器通信，并產(chǎn)生功耗。該通信是一種通過反向散射調(diào)制從電力接收器到電力發(fā)送器的單向通信。在反向散射調(diào)制中，電力接收器調(diào)整負載，從而改變電力發(fā)送器的電流消耗。對這些電流變化進行監(jiān)控，并解調(diào)成2個設(shè)備協(xié)同工作所需的信息。

　　通信協(xié)議包括模擬、數(shù)字聲脈沖（ping）、身份識別、配置和電力傳輸。電力接收器放置在電力發(fā)送器上時出現(xiàn)的典型啟動順序如下：

　　1）來自電力發(fā)送器的模擬ping檢測到對象的存在。

　　2）來自電力發(fā)送器的數(shù)字ping為模擬ping的加長版，并讓電力接收器有時間回復一個信號強度包。若該信息強度包有效，則電力發(fā)送器會讓線圈保持通電并進行下一步驟。

　　3）身份識別和配置階段，電力接收器會發(fā)送一些數(shù)據(jù)包，對其進行身份識別，并向電力發(fā)送器提供配置和設(shè)置信息。

　　4）在電力傳輸階段，電力接收器向電力發(fā)送器發(fā)送控制誤差包，以增加或減少電力。正常運行期間，每隔約250ms發(fā)送控制誤差包，而在大信號變化期間每隔32ms發(fā)送一次。另外，在正常運行期間，電力發(fā)送器每隔5s發(fā)送一次電力包。

　　5）為了終止電力傳輸，電力接收器發(fā)送一條“終止充電”消息或者1.25s內(nèi)不進行通信，使電力發(fā)送器進入低功耗狀態(tài)。

　　2　原副線圈耦合系數(shù)對原邊LC電壓的影響

　　由RLC串聯(lián)諧振電路得

　　當原邊感應電路與副邊感應電路結(jié)構(gòu)存在過大的氣隙時，不僅副邊線圈的能量接收率變差，且副邊電路和原邊電路距離較遠時，副邊電路反射電阻變小，Q值增大。由RLC串聯(lián)諧振電路可知，發(fā)生諧振時電感電壓是輸入電壓的Q倍，當副邊感應電路結(jié)構(gòu)遠離原邊電路時，Q值增加，電感電壓隨之增大，所以可以通過檢測電感電壓值來判斷副邊感應結(jié)構(gòu)是否遠離原邊感應電路。

　　除了氣隙會影響原副線圈的耦合系數(shù)外，補償電容的大小也會影響耦合系數(shù)。補償電容與電路耦合系數(shù)的關(guān)系如表1所示。當改變副邊電路的補償電容時，諧振頻率也會改變，導致電路的原副線圈的耦合系數(shù)也跟著改變，電路的效率也作相應的改變。當諧振頻率接近開關(guān)頻率時，原副線圈的耦合系數(shù)大，電路效率高，電感峰值電壓小。當電路只有副邊補償電容改變時，電感的峰值電壓的大小反應了副邊電路補償電容的改變情況。

　　表1　補償電容與電路耦合系數(shù)的關(guān)系

　　放在電力發(fā)送器上的物體有可能是耦合系數(shù)較高的物體，如金屬線圈、無線充電接收模塊等，也有可能是耦合系數(shù)較低的物體。對于耦合系數(shù)低的物體，不需要對其進行身份識別，因為此時無線充電器充電效率低，原邊電流大，LC電路電壓高，電路在檢測到一定時間的連續(xù)高電壓狀態(tài)后，將開關(guān)管關(guān)斷，進入待機狀態(tài)。對于耦合系數(shù)較高的物體，必須對其身份識別，防止誤充電。

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