【導(dǎo)讀】一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品可以提供諸多好處，從改進(jìn)的功能到支持新的技術(shù)等等。但是并不是所有的工程師能將無(wú)線(xiàn)充電設(shè)計(jì)產(chǎn)品貼近用戶(hù)體驗(yàn)。業(yè)界的大佬們終于發(fā)話(huà)了，指出五點(diǎn)，話(huà)說(shuō)只要做好這五點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)充電就沒(méi)問(wèn)題。
一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品可以提供諸多好處，從改進(jìn)的功能到支持新的技術(shù)等等。使用磁場(chǎng)耦合技術(shù)的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)從19世紀(jì)00年代晚期就已經(jīng)出現(xiàn)了，但直到最近元件、芯片和系統(tǒng)架構(gòu)的最新進(jìn)展才使得工程師能在他們的設(shè)備中真正實(shí)現(xiàn)實(shí)用的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)來(lái)改善用戶(hù)體驗(yàn)。
1、用戶(hù)需要什么樣的無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品？
用戶(hù)如何與設(shè)備交互是每個(gè)優(yōu)秀的工程師在項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)要問(wèn)的最基本問(wèn)題之一。客戶(hù)需要快速充電嗎？需要對(duì)準(zhǔn)方面的靈活性嗎？是不是要求發(fā)熱量低？需要長(zhǎng)距離充電嗎？需要大功率嗎？每個(gè)發(fā)射器需要多個(gè)接收器？需要很小的外形尺寸嗎？
所有這些選項(xiàng)都是可以滿(mǎn)足的，但通常需要進(jìn)行折衷考慮。例如，大功率和低發(fā)熱量并不總是能夠同時(shí)滿(mǎn)足。距離和效率基本上是背道而馳的。因此在為某種設(shè)備設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)時(shí)理解用戶(hù)需要什么以及如何對(duì)這些需求排定優(yōu)先級(jí)是很重要的第一步。
2、如何提高無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的效率？
在用于衡量無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)性能的指標(biāo)中，效率永遠(yuǎn)是第一位的。天生高效的系統(tǒng)可以提供更遠(yuǎn)的距離、更好的方向靈活性、更低的發(fā)熱量、更小的尺寸以及更小的電源漏電流。下面是無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)中對(duì)效率有決定性影響的三個(gè)主要模塊：
無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的三大模塊
如果所有三個(gè)模塊都工作在最低的估算效率（即圖中所示的80%，70%和80%），那么總的系統(tǒng)效率約等于45%。對(duì)于一個(gè)5W的設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要用 11W的發(fā)射功率才能提供全速充電，大約6W消散于設(shè)備本身（作為熱量散發(fā)掉）和周?chē)h(huán)境中，包括空氣、裝置和人體組織。在低功率情況下，這也許是安全和 可接受的。但在較高功率時(shí)，比如電動(dòng)汽車(chē)的充電，此時(shí)典型的充電功率至少要5kW，那么有6kW要損失在發(fā)射器、汽車(chē)和周?chē)h(huán)境中，因此會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱 和安全問(wèn)題。
當(dāng)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的所有三個(gè)模塊都工作在最高估算效率（即95%，90%和95%）時(shí)，總的系統(tǒng)效率大約為82%。在這種情況下，一個(gè)5W的設(shè)備只需發(fā) 射器提供約6W的充電功率，只有1W因無(wú)效而損失掉。為了提高系統(tǒng)效率，設(shè)計(jì)師應(yīng)專(zhuān)注于高效率元件，提高發(fā)射器與接收器之間的耦合程度。
3、無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的功率電平
使用磁場(chǎng)耦合的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)可以給從毫瓦到千瓦級(jí)的設(shè)備充電。對(duì)于毫瓦級(jí)設(shè)備來(lái)說(shuō)，能量收集或射頻無(wú)線(xiàn)功率也許是更具吸引力的充電方案。設(shè)備的功率要求將決定你的元件選擇、可以在設(shè)計(jì)上跟你合作的公司以及設(shè)備尺寸。
4、無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)
在電子設(shè)備的無(wú)線(xiàn)充電方面目前已有多種標(biāo)準(zhǔn)，包括無(wú)線(xiàn)電力聯(lián)盟（A4WP）、電力事件聯(lián)盟（PMA）和無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC）。這些標(biāo)準(zhǔn)組織存在的目的就是提供發(fā)射器和接收器之間的互操作性平臺(tái)，同時(shí)為滿(mǎn)足法規(guī)要求的產(chǎn)品和元件創(chuàng)新提供指導(dǎo)。
如果你的設(shè)備要求互操作性（用戶(hù)需要在機(jī)場(chǎng)或當(dāng)?shù)乜Х鹊瓿潆妴幔浚敲茨愕脑O(shè)計(jì)就應(yīng)該圍繞某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)。一般來(lái)說(shuō)，A4WP針對(duì)“松散耦合”系統(tǒng)提 供了技術(shù)上最先進(jìn)的解決方案，WPC則擁有商用化程度最高的開(kāi)發(fā)工具和組件，但它是“緊密耦合”系統(tǒng)（至少現(xiàn)在是這樣）。PMA正在與A4WP合并，為它 的共享標(biāo)準(zhǔn)提供“緊密耦合”技術(shù)。
如果你的設(shè)備不要求互操作性，用戶(hù)的設(shè)備總是使用同一種發(fā)射器，那么你就能靈活地開(kāi)發(fā)私有、封閉的解決方案。當(dāng)然，這種情況下利用標(biāo)準(zhǔn)組織推薦的現(xiàn)成 組件和技術(shù)仍然具有重要意義，至少在開(kāi)發(fā)方便性和資源可用性方面給你提供了一個(gè)很好的起點(diǎn)，不過(guò)你不必非要滿(mǎn)足全部的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如果你的設(shè)備滿(mǎn)足自己的要 求，并且在法規(guī)范圍之內(nèi)，你的設(shè)計(jì)就是成功的。
5、無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)元件選擇
由于效率為王，而元件又決定了效率，那么在選擇元件時(shí)了解你自己的想法就非常重要了。在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域中，開(kāi)發(fā)高效率、前沿技術(shù)的元件公司有許多。舉例 來(lái)說(shuō)，宜普（EPC）公司開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)型氮化鎵（eGaN）晶體管具有高效率的開(kāi)關(guān)性能，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的功率放大器。在天線(xiàn)方面，NuCurrent 公司開(kāi)發(fā)的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高效率、高度靈活的小型天線(xiàn)。與此同時(shí)，像IDT、博通、TI和其他一些IC公司正在開(kāi)發(fā)可以支持多種標(biāo)準(zhǔn)、各種功率電平和小 型尺寸的IC.因此可選的余地很大，如果你是無(wú)線(xiàn)充電設(shè)計(jì)的新手，最好的方法是與元件供應(yīng)商或設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司一起合作，因?yàn)樗麄兝斫鉄o(wú)線(xiàn)充電的前景，可以幫 助你快速跟蹤設(shè)計(jì)需求，并把你介紹給戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)合作伙伴。
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松下無(wú)線(xiàn)充電參考設(shè)計(jì)
概要
松下無(wú)線(xiàn)電源控制IC支持所有設(shè)備（DSC、DVC、隨身聽(tīng)、手機(jī)、智能手機(jī)等），符合WPC（無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟）的WPC1.1（Qi標(biāo)準(zhǔn)）。松下無(wú)線(xiàn)電源方案采用了一個(gè)用于電力發(fā)射器（電池充電器）的發(fā)射端控制IC（NN32251A）和一個(gè)用于電力接收器（設(shè)備）的接收器控制IC（AN32258A），從而控制電力傳輸。
松下無(wú)線(xiàn)電源解決方案
NN32251A（電力發(fā)送端（Tx） IC）
內(nèi)置充跳升壓DCDC轉(zhuǎn)換器控制器
半橋門(mén)驅(qū)動(dòng)器：4路（全橋門(mén)驅(qū)動(dòng)器：也可配置2路）
支持單線(xiàn)圈（A11型）
利用最多4線(xiàn)圈的多線(xiàn)圈擴(kuò)展了自由定位。（Type A6）
逆變器的高精度電壓和電流監(jiān)控
利用Qi中定義的頻率、工作狀態(tài)或電壓控制輸出
電流和電壓信號(hào)的ASK解調(diào)（符合Qi標(biāo)準(zhǔn)）
輸入電壓范圍： VADP ： 4.6 V 至 19.5 V， VINV ： 4.0 V 至 19 V
支持欠壓鎖定，熱關(guān)斷和過(guò)壓檢測(cè)
逆變器輸出短路保護(hù)
溫度檢測(cè)電路：3路
LED指示燈：2路
封裝：64引腳 HQFP （尺寸： 12 mm x 12 mm）
AN32258A （電力接收端（Rx） IC）
同步全橋整流控制
輸入電壓范圍： VRECT ： 4.4 V 至 19 V
可選輸出電壓： 5 V
溫度檢測(cè)電路
帶可調(diào)電流水平的滿(mǎn)充檢測(cè)
外部電源的開(kāi)關(guān)控制
支持欠壓鎖定、熱關(guān)斷、過(guò)壓檢測(cè)和過(guò)流檢測(cè)
LED指示燈
I2C 接口
封裝： 48引腳 WLCSP （尺寸： 3.16 mm x 3.16 mm， 0.4 mm 腳距）
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開(kāi)發(fā)套件
NN32251A 開(kāi)發(fā)套件（Tx）
NN32251A開(kāi)發(fā)工具包的發(fā)射模塊圖像
AN32258A 開(kāi)發(fā)套件（Rx）
AN32258A開(kāi)發(fā)工具包的接收模塊圖像
特點(diǎn)
支持各種基于WPC 1.1 （Qi 標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)備的無(wú)線(xiàn)充電。
充電過(guò)程的異常檢測(cè)和各種保護(hù)功能可確保安全性和可靠性。
支持標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的最大5W輸出進(jìn)行快速充電。
提供外部低阻抗MOSFET的高效控制，降低功耗和生熱。（AN32258）
提供包括松下線(xiàn)圈和外圍電路在內(nèi)的解決方案，實(shí)現(xiàn)短理論到達(dá)時(shí)間（TAT）設(shè)計(jì)。
