無線充電與可穿戴設(shè)備相得益彰

無線充電是一個潛力巨大的市場，吸引了業(yè)界廣泛關(guān)注。受到各家標(biāo)準(zhǔn)互不兼容和消費(fèi)市場冷淡的影響，無線充電市場初期增長緩慢，但隨著可穿戴技術(shù)的出現(xiàn)和普及，無線充電得到了真正驅(qū)動其快速增長的動力。這兩者的結(jié)合不僅能夠引起人們的關(guān)注，更讓谷歌、微軟、蘋果等眾多一線大牌都參與進(jìn)來，希望借無線充電智能手表的東風(fēng)，在可穿戴設(shè)備的市場中占有一席之地，也讓一大半曾表示不知無線充電為何物的消費(fèi)者認(rèn)識到了無線充電技術(shù)的概念和價值。 然而，在無線充電市場中，可穿戴設(shè)備依然只占一小部分，無線充電能夠帶來回報的大部分機(jī)遇依然寄托在手機(jī)、平板電腦等應(yīng)用之上。本文將重點(diǎn)介紹一些采用無線充電技術(shù)的新產(chǎn)品，涵蓋可穿戴設(shè)備、車載設(shè)備以及介于這兩者之間的應(yīng)用。

圖1：Moto 360智能手表采用無線充電座充電（來源：www.motorola.com） 無線充電與可穿戴設(shè)備相得益彰 基本原理及特點(diǎn)

無線充電的基本原理是通過電磁感應(yīng)來傳輸電能，具體而言就是向充電座內(nèi)部的發(fā)射線圈通入交流電，從而產(chǎn)生磁場，使附近移動設(shè)備中的接收線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并以此來為該設(shè)備的電池充電。

和通過USB或充電頭充電相比，無線充電存在額外的能量轉(zhuǎn)換損耗，因而充電效率較低，充電時間也更長，所以必須要有站得住腳的理由才能上馬這項(xiàng)技術(shù)；但在設(shè)計可穿戴設(shè)備時，我們有非常充分的理由將無線充電納入其中?？纱┐髟O(shè)備需要長時間穿戴在身上，這就決定了它看起來不能太過顯眼，必須做到小巧、輕薄、不笨重，留給電池和相關(guān)電路的空間少之又少。 應(yīng)用場景

如果是健身追蹤器之類比較簡單的可穿戴設(shè)備，一塊小電池可能就足夠它運(yùn)行一周而無需充電；然而，在當(dāng)今市場趨勢下，可穿戴設(shè)備功能越來越豐富，這在智能手表上體現(xiàn)得尤為明顯。許多智能手表不僅提供健身追蹤功能，還配備了全彩色觸摸屏、打電話、發(fā)消息等非常耗電的特性，即便采用當(dāng)今最高效的鋰離子（Li-Ion）和鋰聚合物（Li-Pol）電池技術(shù)也拯救不了它們的續(xù)航表現(xiàn)。從產(chǎn)品評測來看，大多數(shù)智能手表用不了一兩天就必須充電，有的甚至可能連一天都撐不到，其中就包括我們熟悉的AppleWatch。在頻繁充電的問題無解的情況下，就有必要采取一種比插電充更加簡單的充電方式，這時就該輪到無線充電出場了。

在無線充電的場景下，要給智能手表充電，只需要把它放在充電座上即可，或者像AppleWatch那樣在表盤背面吸附一個圓形的小型磁性連接器。由于智能手表和其他可穿戴設(shè)備的電池容量較小，無線充電所需時間也相對較短，從電量為零到充滿約需一個小時，這與手機(jī)等較大型移動設(shè)備漫長的無線充電時間相比，還是比較容易接受的。除了充電更方便、充電時間可接受外，無線充電還能夠讓可穿戴設(shè)備采用完全密封或防水的設(shè)計，這對于穿戴在身體上的電子設(shè)備而言是一種非常具有吸引力的保護(hù)特性。

圖2：采用bq5105x作為鋰離子或鋰聚合物電池?zé)o線充電器的典型系統(tǒng)框圖

解決方案 將bq5105x與bq500210發(fā)射端控制器配合使用，可以為電池直充方案實(shí)現(xiàn)完整的無線電力傳輸系統(tǒng)。 Texas Instruments（TI）可提供用途廣泛的電源管理產(chǎn)品組合，包括面向可穿戴設(shè)備的無線和有線充電方案。事實(shí)上，Moto 360（見圖1）作為首款配備無線充電功能的Google AndroidWear設(shè)備，其采用的無線充電接收端方案就是TI的bq51051B。該方案符合無線充電聯(lián)盟（WPC）的Qi互通標(biāo)準(zhǔn)，故Moto 360雖然自帶充電底座，但也可以借助其他任何符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電設(shè)備進(jìn)行充電。bq51051B是一款高度集成的方案，它將多個重要的接收端元件，包括整流器、無線電力接收控制器和電池充電器集成在一個小型封裝中。對于有線充電的可穿戴設(shè)備，TI還提供bq2510x單片鋰離子和鋰聚合物電池充電器IC，其電源輸入可采用USB連接，也可以采用價格低廉的非穩(wěn)壓電源適配器。

Würth Elektronik擁有全套無線充電線圈方案，可以同時提供發(fā)射線圈和接收線圈，其760308100110和760308100111產(chǎn)品組合中增加了帶圓形基板的無線充電發(fā)射線圈。這些線圈均符合Qi標(biāo)準(zhǔn)，非常適合在圓形「腕帶式」應(yīng)用（如某些智能手表）的充電座中使用。760308100110和760308100111分別針對A10和A11型Qi發(fā)射端設(shè)計。

車載應(yīng)用 解決方案 對于電動汽車而言，無線充電依然處在早期階段，大多數(shù)車載無線充電方案依然處于試驗(yàn)狀態(tài)，但用于車載控制臺的無線充電方案已經(jīng)涌現(xiàn)出來，NXP WCT-5WTXAUTO無線充電參考設(shè)計就是其中一例。該方案基于高度集成的NXP WCT100xA無線充電發(fā)射端5W線圈控制器拓?fù)?，是一款符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的多線圈參考設(shè)計，傳輸效率大于65%，并且考慮了在車載環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無線充電器所需要面對的獨(dú)特挑戰(zhàn)，例如輸入電壓波動的問題，因?yàn)闃?biāo)稱12VDC的車載電池在不同運(yùn)行工況下提供的電壓會在6V – 14V之間大幅變化。

圖3：NXP面向車載應(yīng)用的多線圈無線充電參考設(shè)計框圖 方案優(yōu)點(diǎn) 該項(xiàng)設(shè)計還減少了諧波信號發(fā)射，以減輕對車載系統(tǒng)的干擾，并且滿足汽車行業(yè)的EMC標(biāo)準(zhǔn)；支持異物檢測，線圈之間有雜物阻擋時會發(fā)出警報；此外，控制臺上的充電設(shè)備亦可自由擺放。

智能手機(jī)、平板電腦以及其他應(yīng)用 解決方案

近年推出的不少更「常規(guī)」的移動設(shè)備，包括智能手機(jī)、平板電腦等，也搭載了無線充電功能。

比較新型的無線充電接收端有PIDT的IDTP9025A。這款產(chǎn)品符合Qi標(biāo)準(zhǔn)，可以為移動應(yīng)用提供高度緊湊的方案。IDTP9025A集成了高效的同步全橋整流器，不但都帶有異物檢測功能，可以提供用于電源電路或電池充電的5V穩(wěn)壓輸出。

圖4：符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線電源系統(tǒng)，采用NN32251A

對于多用途無線充電板而言，NXP WCT100xA無線充電發(fā)射端控制器依然是不錯的選擇。WCT-5W1COILTX是適用于5W單線圈Qi應(yīng)用的通用無線充電器參考設(shè)計，它就是采用WCT100xA來管理和執(zhí)行所有發(fā)射端控制功能，傳輸效率大于75%。

如果需要采用兼容WPC標(biāo)準(zhǔn)的無線充電發(fā)射端線圈，不妨關(guān)注一下Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。這是一款24uH、6A線圈，采用高導(dǎo)磁率屏蔽設(shè)計，有助于將磁場引導(dǎo)至耦合區(qū)，盡可能提高效率并避免干擾問題，并且其組成材料包含高飽和鐵粉，因而該線圈不受任何可能在方案中使用的固定磁場影響。