無線充電原理,無線電源接收器標準RT1650（共15頁pdf下載）

ID:254106 · 發表于 2017-11-27 12:29

RT1650是全集成的無線電源接收器，可為移動設備提供 7.5W 的電源供應。本文解釋了無線電源傳輸的基本原理，簡要介紹了各種無線電源傳輸的標準，重點介紹了名為 Qi 的 WPC 1.1 低功率標準的實現方法，對 RT1650 的主要特性進行了講解。文章最后以 Nokia DT601 無線電源發射器和以RT1650 為核心的EVB 結合在一起所構成的無線電源傳輸系統為例對實際應用中可能遇到的各種問題進行了講解，具有重要的參考價值。

1.  無線電源傳輸之優點
在兩個裝置之間，無實體纜線連接而能傳輸電源之方式有許多優點：
  在兩裝置之間完全的電流隔離，可使應用更加安全。
  電源接收器可完全封閉，使應用裝置較易達到完全防水。
  省去體積較大的連接器可使整體應用的體積減少，對于如藍牙耳機、智慧手表和健康（醫療）等方面的穿戴式裝置而言，是非常重要的。
  非接觸式的電源傳輸非常方便：無需插上或拔出連接器，只需將接收器放在發射器的表面上，即可開始電源傳輸。
  無線電源傳輸多用于行動裝置電池的充電，因此也常被稱為「無線充電」。
圖一顯示使用無線電源傳輸之應用。

2.  無線電源傳輸之原理
最常見之無線電能傳輸方法是透過兩個耦合的電感器之間的磁感應來實現的，交流變壓器即為應用此原理之一例，線圈附近的磁場強度是隨距離呈指數關系下降的，換言之，若要高效率的電源傳輸，就必須使發射器線圈和接收器線圈之間的距離盡可能地近，或是其距離要遠小于線圈的直徑，以達到高效率的電源傳輸。

另一種允許發射器和接收器線圈之間的距離較大的方法稱為諧振感應耦合法。在這種系統中，發射器和接收器的內部都有諧振在相同頻率上的 LC 電路，電源就在這一諧振頻率上被傳輸。兩個線圈之間的諧振可加強相互之間的耦合，并改善電源傳輸的效率。此方式允許的發射器和接收器線圈之間的距離可較大，但和磁感應式相比，其最大可傳輸功率較低。

圖4：不同無線電源標準之異同

Qi 和 PMA 標準的性能非常接近，容許電源傳輸在短距離（通常約為 5 毫米）上對單一接收裝置進行，發射器和接收器之線圈必須對齊以實現高效率的電源傳輸，兩裝置之間的通訊透過所傳輸的電源信號進行，避免了額外硬件的使用。Qi和PMA 在通訊協議上是有差異的。

Rezence（先前的稱呼是A4WP）使用磁諧振感應耦合技術，允許在較大的距離下 (高達約50毫米) 傳輸電源，發射器和接收器之線圈不需要很好地對齊，其缺點是全系統效率較低，能傳輸的功率較低。接收器和發射器之間以藍牙作為通訊手段，這使多個設備之間的通訊成為可能，因此容許多個裝置從一個發射器接收電源。由于需要額外的硬件實現藍牙連接，此解決方案的成本較高。

Qi WPC 1.1* 低功率標準（5W）是目前被最廣泛采用的手機無線供電方法。

* 新的WPC 1.2標準已于2015年6月發布，RT1650接收器可以兼容WPC 1.1和WPC 1.2。

  在低功耗待機模式下，發射器會定期送出一固定頻率的「模擬回音檢測  (PING)」信號以檢查是否有接收器的存在。若在發射器線圈上出現了接收器，發射器就會偵測到功率級的諧振有些變化，然后就會立即切換到「數字回音檢測  (PING)」狀態。（注：某些發射器如 Nokia DT601 就不使用模
擬回音檢測而僅僅使用數字回音檢測方法進行接收器的檢測。）
  發射器所發出的數字元回音檢測信號具有足夠的能量，可以啟動接收器的通訊功能，并藉由調制出「訊號強度」封包的數字回音檢測訊號而作出響應。在成功接收「訊號強度」封包后，發射器會維
持電源訊號，使系統進到下一個階段。
  在辨識及配置  (identification and  configuration) 階段，接收器會將包含接收器的WPC版本信息和其他配置訊息 (如所需的最大輸出功率)的數據封包發送給發射器。
  完成配置后，系統會進入電源傳輸階段。此時接收器會測量整流后的電壓，然后送出「誤差」封包使發射器可增加或減少所傳輸的功率。接收器的「誤差封包」主要是為了能控制發射器所發射的功率，好讓在接收器之整流器的輸出上有足夠的電壓能提供給后置的穩壓器，并得以維持穩定的輸出
電壓。此外，接收器會定期送出一個「收到功率」封包到發射器；如果發射器發現「收到功率」和所發射功率之間的差異過大，就會關閉系統，這是為了確保電源傳輸的安全。若在電源傳輸接口上有（金屬）異物，該物體可能被雜散磁場加熱，因而導致危險的出現。
  如果接收器不再需要接受任何電源（例如其電池已完全充電）時，它就會送出一個「結束功率傳輸」封包，而發射器即回到低功率之待機模式。
6.  無線功率傳輸的實際范例
下面的案例展示的是 Nokia DT601發射器和 Richtek RT1650接收器的組合，我們可以從中看到一個典型的 5W 無線電源傳輸系統是如何工作的。Nokia 的這款發射器采用 WPC 所定義的 A11 類型的設計，其電源輸入為 5V，它和 RT1650接收器一樣，都符合 WPC  1.1的低功率  (5W) 標準，外形尺寸小，是一種低成本的解決方案。

接收器的電壓調節
接收器可對整流后的電壓、輸出電壓和負載電流進行測量，它通過要求更多或更少的來自發射器的功率來對LDO的輸入電壓余量進行調節以維持輸出電壓的調節性能。參見圖14。

圖14：系統電壓調節過程

我們必須了解，由于 ASK 通訊的長時延特性，這種數字控制回路的響應速度是極慢的。VRECT 的開環負載調節性能取決于接收器線圈末端的輸出阻抗，這與線圈的耦合狀況、功率級組件的質量因子和發射器的電源供應有關。LDO 的輸入電壓余量應足夠維持它在常規應用中遇到階躍負載時的輸出電壓調節性能。由于這樣的原因，整流器的電壓控制策略是動態的：
當負載較輕時，整流器的電壓被設定在比較高的水平上，以便在遇到突然出現的階躍負載時 LDO 有足夠的調節空間。
當平均負載增加以后，LDO 所需的電壓余量也相應降低，整流器電壓就要降下來，這樣可使 LDO 在較高負載電流的情況下形成的功耗降下來。請參見圖15。

當負載發生從輕到重的跳變時，整流器的電壓將出現下跌的情形，但由于存在輕載情況下的額外余量，輸出電壓仍可維持不變。只有在發生從空載到重災的跳變時，輸出電壓上才會看到比較輕微的下跌。
RT1650 的整流器電壓在不同負載下的參數是可程序設計的，這可使其滿足特定應用的需要，適應功率級的阻抗特性。系統的動態表現與發射器的電源供應穩定性是有關的。當它使用 5V 電源時，這有可能尤顯重要。Nokia DT601的 5V適配器可向其提供很穩定的 5V電源，這是因為它采用了內建的線纜補償措施；當使用 5V的USB 接口輸出為之供電時，其電壓在重載情況下就會出現下降。在某些時候，調節回路是可以自行修復的，但當接收器的 VRECT 在重載之下下降到低于 IC 的欠壓鎖定電壓時，系統就會關機，然后再重啟。這些情形在圖16中有所呈現。
異物檢測（FOD）在待機模式下，發射器并不會對放置在發射線圈上的金屬物體予以回應，但當有金屬物體出現在正在進行電源傳輸的發射器和接收器線圈之間時，金屬物體就會因在其內部生成的渦狀電流而發熱，如果沒有采取任何安全措施，此金屬物體就會變得越來越熱，這可能最終導致難以收拾的結局。因此，WPC 無線電源傳輸標準納入了異物檢測功能以檢測系統中可能出現的任何異常功率損耗。參見圖17。

圖17：異物檢測系統圖

異物檢測功能以如下方式工作：接收器首先測量整流器和 LDO 的輸出電壓及電流，利用這些參數計算出總的接收到功率，計算中會把接收線圈、諧振電容、整流器和 LDO 的損耗都包含進去，然后將此數據打包成接收到功率數據報發送給發射器。發射器也會測量其輸入電壓和電流，計算出它在發射過程中消耗在MOSFET 橋路、發射線圈和電容上的損耗，然后將發射出去的功率數值和接收到的來自接收器的功率數據進行比較，如果發現兩者之間的差值超出了預設的異物檢測觸發閾值，它就會停止發射過程，并且發出異物檢測故障信號。
整個信號鏈路上每個段落的功率損失都與實際使用的組件有關，其非線性非常嚴重。通過 WPC 1.1 認證的發射器和接收器如 Nokia DT601 和 RT1650 的 EVB 都對其功率計算進行了細調，以便在全負載范圍內確保精確的異物檢測性能。假如 RT1650 要被使用在靠近金屬物體的最終應用中，對其 MTP 內存中的數據進行微調以實現精確的異物檢測就是非常必要的，這樣才能反映特定的損耗狀況

完整的pdf格式文檔51黑下載地址（共15頁）：

無線電源的標準.pdf (1.63 MB, 下載次數: 111)

ID:280709 · 發表于 2018-3-2 16:26

不夠幣呀！！！

ID:203971 · 發表于 2018-4-1 22:35

這個貌似容易實現功能。

ID:433219 · 發表于 2023-11-16 08:18

奇奇怪怪的技術知識增加了

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