高度集成的無(wú)線充電器接收器方案

作者：Wenwei Li，ADI公司

LTC4124 是一款高性能100 mA無(wú)線鋰離子充電器接收器，它只需很少的外部組件即可構(gòu)成一個(gè)完整的小型解決方案，適合于空間受限的應(yīng)用。LTC4124與LTC4125（一款具有優(yōu)化功率搜索和異物檢測(cè)功能的無(wú)線功率發(fā)送器）配對(duì)使用，可創(chuàng)建一個(gè)安全高效的無(wú)線充電環(huán)境。

高度集成的無(wú)線充電器接收器

對(duì)于小尺寸便攜式和可穿戴設(shè)備而言，無(wú)線充電正變得越來(lái)越流行。這不足為奇。設(shè)備沒(méi)有裸露的連接器和端口將更加可靠，最終用戶體驗(yàn)也更輕松簡(jiǎn)便。為了克服這些設(shè)備（如助聽(tīng)器）帶來(lái)的空間限制問(wèn)題，LTC4124集成了無(wú)線功率管理器，它將來(lái)自無(wú)線諧振電路的交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。然后，該直流電壓會(huì)饋入功能齊全的線性電池充電器中，以提供良好的電池充電功能。有著如此高的集成度，僅需添加一個(gè)接收器諧振電路和電池本身，即可實(shí)現(xiàn)非常小巧且功能齊全的無(wú)線充電裝置。

高效的無(wú)線功率管理器? ?? ???

如圖2所示，如果LTC4124接收的能量超出為電池充電所需的能量，IC中的無(wú)線功率管理器通過(guò)將接收器諧振電路分流接地，可以使IC的輸入電壓VCC保持低電平。這樣，線性充電器將非常高效，因?yàn)槠漭斎胧冀K正好保持在電池電壓VBATT之上。接合分流電路時(shí)，接收器諧振頻率將與發(fā)射器頻率失調(diào)，諧振電路也因此會(huì)接收較小的能量。


圖1.完整的6 mm無(wú)線電池充電器解決方案。


圖2.交流輸入整流和直流軌電壓調(diào)節(jié)。

使用LTC4125發(fā)送器構(gòu)成完整的無(wú)線充電設(shè)計(jì)

圖3所示的LTC4125是一款高性能AutoResonant?無(wú)線發(fā)送器，它具有針對(duì)無(wú)線充電應(yīng)用的完整保護(hù)功能。LTC4125中的優(yōu)化功率搜索功能可根據(jù)接收器負(fù)載需求來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)射功率。LTC4125還包括多種異物檢測(cè)方法，以防止其他物體從發(fā)射器接收無(wú)用功率。

與LTC4124配對(duì)使用時(shí)，可將LTC4125全橋諧振驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換為半橋驅(qū)動(dòng)器，以利用更精細(xì)的搜索步長(zhǎng)，從而使低功率接收器接收恰好足夠的功率來(lái)為電池充電。當(dāng)電池接近充滿電的狀態(tài)時(shí)，LTC4124進(jìn)入恒定電壓模式，使調(diào)節(jié)充電電流降低。LTC4125將自動(dòng)降低其功率傳輸水平，以匹配接收器的更低功率需求。這有助于減少整個(gè)充電周期的功耗，使LTC4124充電器和電池保持較低溫度。

圖4顯示了滿功率和限流恒壓模式下接收器電路的溫度。在室溫下，兩種模式的溫度均低于40°C。


圖3.LTC4124 100 mA充電器接收器與運(yùn)行優(yōu)化功率搜索的LTC4125 AutoResonant發(fā)送器配對(duì)使用。


圖4.熱性能比較：(a) 4.1 V輸出時(shí)100 mA充電電流，(b) 4.2 V輸出時(shí)10 mA充電電流。

從發(fā)送器上移開充電器接收器時(shí)，LTC4125找不到有源負(fù)載，其功率將降至待機(jī)模式（如圖5所示）。圖6顯示了在發(fā)送器上放置金屬異物時(shí)的情況：LTC4125檢測(cè)到高諧振頻率并進(jìn)入待機(jī)模式。


圖5.LTC4125未檢測(cè)到接收器時(shí)的運(yùn)行情況。


圖6.LTC4125檢測(cè)到異物。

結(jié)論

LTC4124集成了無(wú)線電源管理器和功能齊全的鋰離子電池充電器，簡(jiǎn)化了空間受限應(yīng)用中的無(wú)線充電器接收器設(shè)計(jì)。LTC4125可以用作LTC4124接收器的半橋發(fā)送器，從而提供了一個(gè)具有完備保護(hù)功能的完整高效的無(wú)線充電解決方案。