无线充电简单可靠

许多类型的设备的无线充电在便利性方面具有一些明显的优势,特别是对于小型设备,同时也提高了安全性。对于一些植入式医疗设备来说,这是势在必行的。现在iphone已经有一段时间的无线充电,这种操作模式很可能成为常态。
大多数较新的手机都具有无线充电功能,包括iphone 8和x,google nexus,三星galaxy和诺基亚lumia。手表和医疗设备正在朝着无线充电的方向发展,原因很简单,它们没有空间容纳连接器。相机和头戴式设备添加了此功能以方便使用。
无线充电或无线充电非常方便。睡前将手机、手表、相机和助听器放在梳妆台上的垫子上,并在上午之前将它们全部充电的想法非常有吸引力。对于许多工业设备来说也是如此。如果您设计任何类型的便携式设备,您应该研究无线充电。
在许多应用中,无线充电的主要竞争对手可能是使用主电池(不可充电)。如果您的功率要求非常低,那很好,因此不需要经常更换,为大电池留出空间,并且有空间使其易于取用。但是,实施无线充电正变得非常容易和可靠。充电板将很快在餐馆和机场提供,当然还有咖啡店。
无线电力传输标准
wpc(wireless power consortium)qi低功耗(v1.2)和pma sr1 v2.0 wp,现在称为airfuel,是目前使用的主要无线电力传输协议。wpc qi(发音为“chee”)是apple使用的无线电源标准,具有已知的互操作性。
带有 qi 徽标的设备保证与充电板、启用的汽车和嵌入式桌面中的认证发射器配合使用。这对于消费电子产品很重要,用户可以期望在家中,汽车,办公室,咖啡店,机场和酒店中使用qi发射器。对于消费类应用,这很棒;对于工业/医疗设备,这可能根本不重要,甚至可能被视为安全风险。
qi 充电器用于 110w 的低功率充电器的频率在 205 到 5khz 之间,对于高达 80w 的中等功率,用于 300-15khz。qi规范涵盖充电基站和要充电的设备。基站通常有一个平坦的表面,用户在其上放置一个或多个手机。为了最大化耦合,基站焊盘上通常有对齐标记。移动单元平放在基站表面上,其线圈与发射器平行,它们之间的间隙小于10mm。设计框图如图1所示。
除非基站上放置了兼容的设备,否则基站不会激活。它通过发送间歇性测试信号来检查是否存在符合 qi 标准的设备来确定这一点。移动设备通过传达接收到的信号强度来响应此 ping。
接收器向发射器发送错误信号,该信号仅共享一个等于所需功率电平与实际功率电平之差的值。变送器调整其输出,以实现请求电平和交付电平之间的零差异。所有这些都发生在 2kbps 或更低的通信速度下。当接收器的充电完成后,它基本上告诉发射器它可以进入待机模式。
无线电力传输框图
pma(power matters alliance)sr1(v2.0),现在称为airfuel,功率传输协议使用与qi不同的频率,以及不同的连接协议,但操作大致相同。星巴克在他们的powermat充电板中使用pma,尽管他们现在正在更新系统以包括wpc qi(因为apple选择了该标准)。
专有的nfmc型无线充电具有令人惊讶的部署水平,某些应用已经使用无线电源20年,包括植入式神经刺激器。在这段时间里,这项技术得到了改进。数以百万计的产品已使用专有的近场磁耦合器发货。
电路实现
几家制造商生产用于无线充电任务的ic。maxim提供出色的max77950 wpc/pma双模无线电源接收器。该芯片同时满足无线充电联盟 qi 低功耗 (v1.2) 和电源事务联盟 sr1 v2.0 wp 协议的要求。使用与任何wpc或pma发射器耦合,该芯片可提供高达12w的输出功率。
max77950接收线圈连接高效同步整流器,其输出连接精密ldo稳压器。两种标准的数字控制和通信都是通过与功率传输相同的线圈(即带内)完成的。ic的精密输出电流和电压检测方案为变送器提供准确的反馈。电源良好信号可针对低电压值和高电压值进行编程。
max77950的小型封装
该芯片还具有i²c串行接口,用于向应用处理器发送状态和警报。该 ic 提供异物检测功能,因此非 wpc/pma 设备或物体将被忽略。当移动设备在变送器表面上移动时,或者当功率变送器上部分移除并快速更换时,可能会发生过压事件。该 ic 具有预箝位和箝位功能,以限制整流器输出电压。
作为一项特殊功能,该 ic 可用作发射器,从而使用带内 ask 通信将功率传输到另一个对等设备。这称为对等电源模式。
该芯片采用微型 6 x 9mm wlp 封装,工作环境温度范围为 -40° 至 85°c。 提供评估板(max77950evkit)。
max77950评估板
另一种值得注意的方法
谐振式无线充电是一种可能提供更长距离和更高功率水平的版本——可能适用于 5 或 10kw 的电动汽车充电。该技术提供了足够的承诺,以至于两个标准机构都在其规范中纳入了一种共振技术。1.2版本的qi标准增加了谐振充电。我读过的一些报告显示,在 75 到 8 英寸的距离内效率为 12%。许多公司正在这一领域工作;两个突出的是witricity和高通。
确定可充电电池类型
对于您的可充电电池,您可以使用镍氢(nimh)或锂离子,或者银锌。银锌型主要用于助听器,性价比高,但容量低。它们确实具有比其他类型的更高的能量密度,但只有少数供应商,并且限制在 <200mah。银锌有不同的“混合物”,因此请务必检查规格表。
镍氢电池的成本略低于锂,但能量密度较低,仅提供1.2v。直径为300mm,厚度为25mm的7.25mah纽扣电池nimh可充电电池在3数量中每个售价50.500美元。这些电池大多更大、容量更高,通常采用标准 a、aa、aaa 和 2/3aa 封装。
锂离子电池有各种形状和尺寸。例如,松下ml-1220表面贴装,12.5 x 2.0mm,17.7mah纽扣电池仅重0.11g。这款 3.0v 锰锂电池具有 30μa 放电速率,每 1,30 个数量的成本约为 1.500 美元。有几种类型的锂电池,标称电压为3.0至3.7v。
无线充电是一个很好的选择
为任何低功耗便携式设备添加无线充电几乎总是一件好事 - 因为ic制造商和无线联盟组织已经很好地定义了系统设计,总组件成本合理,并且组件随时可用。但对于更高功率的设备,例如电钻,它可能不实用。如果 1 到 15w 的充电速率适合您的设计,那么当然值得研究。


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