無線充電簡單可靠

許多類型的設備的無線充電在便利性方面具有一些明顯的優(yōu)勢，特別是對于小型設備，同時也提高了安全性。對于一些植入式醫(yī)療設備來說，這是勢在必行的?，F(xiàn)在iPhone已經(jīng)有一段時間的無線充電，這種操作模式很可能成為常態(tài)。

大多數(shù)較新的手機都具有無線充電功能，包括iPhone 8和X，Google Nexus，三星Galaxy和諾基亞Lumia。手表和醫(yī)療設備正在朝著無線充電的方向發(fā)展，原因很簡單，它們沒有空間容納連接器。相機和頭戴式設備添加了此功能以方便使用。

無線充電或無線充電非常方便。睡前將手機、手表、相機和助聽器放在梳妝臺上的墊子上，并在上午之前將它們?nèi)砍潆姷南敕ǚ浅Ｓ形?。對于許多工業(yè)設備來說也是如此。如果您設計任何類型的便攜式設備，您應該研究無線充電。

在許多應用中，無線充電的主要競爭對手可能是使用主電池（不可充電）。如果您的功率要求非常低，那很好，因此不需要經(jīng)常更換，為大電池留出空間，并且有空間使其易于取用。但是，實施無線充電正變得非常容易和可靠。充電板將很快在餐館和機場提供，當然還有咖啡店。

無線電力傳輸標準

WPC（Wireless Power Consortium）Qi低功耗（v1.2）和PMA SR1 v2.0 WP，現(xiàn)在稱為AirFuel，是目前使用的主要無線電力傳輸協(xié)議。WPC Qi（發(fā)音為“chee”）是Apple使用的無線電源標準，具有已知的互操作性。

帶有 Qi 徽標的設備保證與充電板、啟用的汽車和嵌入式桌面中的認證發(fā)射器配合使用。這對于消費電子產(chǎn)品很重要，用戶可以期望在家中，汽車，辦公室，咖啡店，機場和酒店中使用Qi發(fā)射器。對于消費類應用，這很棒;對于工業(yè)/醫(yī)療設備，這可能根本不重要，甚至可能被視為安全風險。

Qi 充電器用于 110W 的低功率充電器的頻率在 205 到 5kHz 之間，對于高達 80W 的中等功率，用于 300-15kHz。Qi規(guī)范涵蓋充電基站和要充電的設備。基站通常有一個平坦的表面，用戶在其上放置一個或多個手機。為了最大化耦合，基站焊盤上通常有對齊標記。移動單元平放在基站表面上，其線圈與發(fā)射器平行，它們之間的間隙小于10mm。設計框圖如圖1所示。

除非基站上放置了兼容的設備，否則基站不會激活。它通過發(fā)送間歇性測試信號來檢查是否存在符合 Qi 標準的設備來確定這一點。移動設備通過傳達接收到的信號強度來響應此 ping。

接收器向發(fā)射器發(fā)送錯誤信號，該信號僅共享一個等于所需功率電平與實際功率電平之差的值。變送器調(diào)整其輸出，以實現(xiàn)請求電平和交付電平之間的零差異。所有這些都發(fā)生在 2Kbps 或更低的通信速度下。當接收器的充電完成后，它基本上告訴發(fā)射器它可以進入待機模式。

無線電力傳輸框圖

PMA（Power Matters Alliance）SR1（v2.0），現(xiàn)在稱為AirFuel，功率傳輸協(xié)議使用與Qi不同的頻率，以及不同的連接協(xié)議，但操作大致相同。星巴克在他們的Powermat充電板中使用PMA，盡管他們現(xiàn)在正在更新系統(tǒng)以包括WPC Qi（因為Apple選擇了該標準）。

專有的NFMC型無線充電具有令人驚訝的部署水平，某些應用已經(jīng)使用無線電源20年，包括植入式神經(jīng)刺激器。在這段時間里，這項技術得到了改進。數(shù)以百萬計的產(chǎn)品已使用專有的近場磁耦合器發(fā)貨。

電路實現(xiàn)

幾家制造商生產(chǎn)用于無線充電任務的IC。Maxim提供出色的MAX77950 WPC/PMA雙模無線電源接收器。該芯片同時滿足無線充電聯(lián)盟 Qi 低功耗 （v1.2） 和電源事務聯(lián)盟 SR1 v2.0 WP 協(xié)議的要求。使用與任何WPC或PMA發(fā)射器耦合，該芯片可提供高達12W的輸出功率。

MAX77950接收線圈連接高效同步整流器，其輸出連接精密LDO穩(wěn)壓器。兩種標準的數(shù)字控制和通信都是通過與功率傳輸相同的線圈（即帶內(nèi)）完成的。IC的精密輸出電流和電壓檢測方案為變送器提供準確的反饋。電源良好信號可針對低電壓值和高電壓值進行編程。

MAX77950的小型封裝

該芯片還具有I2C串行接口，用于向應用處理器發(fā)送狀態(tài)和警報。該 IC 提供異物檢測功能，因此非 WPC/PMA 設備或物體將被忽略。當移動設備在變送器表面上移動時，或者當功率變送器上部分移除并快速更換時，可能會發(fā)生過壓事件。該 IC 具有預箝位和箝位功能，以限制整流器輸出電壓。

作為一項特殊功能，該 IC 可用作發(fā)射器，從而使用帶內(nèi) ASK 通信將功率傳輸?shù)搅硪粋€對等設備。這稱為對等電源模式。

該芯片采用微型 6 x 9mm WLP 封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 -40° 至 85°C。 提供評估板（MAX77950EVKIT）。

MAX77950評估板

另一種值得注意的方法

諧振式無線充電是一種可能提供更長距離和更高功率水平的版本——可能適用于 5 或 10kW 的電動汽車充電。該技術提供了足夠的承諾，以至于兩個標準機構都在其規(guī)范中納入了一種共振技術。1.2版本的Qi標準增加了諧振充電。我讀過的一些報告顯示，在 75 到 8 英寸的距離內(nèi)效率為 12%。許多公司正在這一領域工作;兩個突出的是WiTricity和高通。

確定可充電電池類型

對于您的可充電電池，您可以使用鎳氫（NiMH）或鋰離子，或者銀鋅。銀鋅型主要用于助聽器，性價比高，但容量低。它們確實具有比其他類型的更高的能量密度，但只有少數(shù)供應商，并且限制在 <200mAh。銀鋅有不同的“混合物”，因此請務必檢查規(guī)格表。

鎳氫電池的成本略低于鋰，但能量密度較低，僅提供1.2V。直徑為300mm，厚度為25mm的7.25mAh紐扣電池NiMh可充電電池在3數(shù)量中每個售價50.500美元。這些電池大多更大、容量更高，通常采用標準 A、AA、AAA 和 2/3AA 封裝。

鋰離子電池有各種形狀和尺寸。例如，松下ML-1220表面貼裝，12.5 x 2.0mm，17.7mAh紐扣電池僅重0.11g。這款 3.0V 錳鋰電池具有 30μA 放電速率，每 1，30 個數(shù)量的成本約為 1.500 美元。有幾種類型的鋰電池，標稱電壓為3.0至3.7V。

無線充電是一個很好的選擇

為任何低功耗便攜式設備添加無線充電幾乎總是一件好事 - 因為IC制造商和無線聯(lián)盟組織已經(jīng)很好地定義了系統(tǒng)設計，總組件成本合理，并且組件隨時可用。但對于更高功率的設備，例如電鉆，它可能不實用。如果 1 到 15W 的充電速率適合您的設計，那么當然值得研究。

審核編輯：郭婷