Qi标准及无线充电解决方案介绍

1、Qi 标准及无线充电解决方案介 绍无线充电技术在消费类市场表现出巨大的市 场潜力。在不使用 连线的情况下给电子设 备充电不但可 为便携式设备用户提供一种便利的解决方案，而且 还让广大设计人员能够寻找到更具 创新性的问题解决方法。 许多电池供电型便携式 设备均能受益于 这种 技术 ，从手机到 电动 汽 车 不一而足。电感耦合方法可以 实现高效和通用的无 线充电。为了便于使用并且 让设计 人员和消费 者都受益，无 线充电联盟 （WPC） 制定出了一种 标准，在供 电设备（无线发射端，充 电站）和 用电设备（无线接收端，便携式 设备）之间创建了互操作性。 WPC 成立于 2008 年，由亚洲、 欧洲

2、和美国的各行 业公司组成，其中包括 电子设备制造厂商和原始 设备制造商 （OEM）。 WPC 标准定义了电感耦合（线圈结构）的类型，以及低功率无 线设备所用的通信 协议。在这 种标准下工作的任何 设备 都可以与任何其他 WPC 兼容设备配对。这种方法的一个重要的 好处是其利用 这些线圈来实现无线发送端和无 线接收端之间的通信。无线充电 WPC 标准WPC 标准下，无线传输的低功率”就是说功耗仅为 05W。达到这一标准范围的系统 在两个平面 线圈之间使用电感耦合来将 电力从无线发送端传输给 无线接收端。两个 线圈之 间的距离一般 为5mm。 输出电压调节 由一个全局数字控制 环路负责 ， 这时无

3、线接收端会 与无 线发 送端通信，并要求或多或少的功率。该通信是一种通 过反向散射 调制从无 线接收端到无线发送端的 单向通信。在反向散射 调制中，无 线接收端线圈受到负载，从而改 变无 线发送端的电流消耗。我 们对这些电流变化进行监控，并解 调成两个设备协同工作所需的 信息。WPC 标准定义了系统的三个主要方面 提供电力的无线发送端、使用 电力的无 线接 收端以及 这两种设备之间的通信协议。下面，我 们将详细介绍这三个方面。无线发送端电力传输 方向始 终是从无 线发送端到无 线接收端。无 线发 送端的关 键电路是用于向无 线接收端传输电力的一次 线圈、驱动一次线圈的控制 单元以及解 调一次线

4、圈电压或者电流 的通信电路。我们对无线发送端设计的灵活性 进行了限制，旨在向无 线接收端提供一致的 电力和 电压电 平。无线接收端将自己作 为无线发送端的一个兼容 设备 ，同 时也提供配置信息。一旦 发射 器开始电力传输，无线接收端就向无 线发送端发送一些误差数据包，从而要求或多或少的 电力。一旦接收到一个 “终止电力”消息，或者如果 1.25 秒以上都没有接收到数据包， 则无 线发 送端停止供 电。没有 电力传输时 ，无线发送端则进 入低功率待机模式。WPC 规范允许使用固定和移 动配置。单个固定线圈（称作类型 A1）为卓芯微无线充电支持的解决 方案0无线发送端（其通常 为一个平面用 户将无

5、 线接收端放置在上面 ）连接至电源。符合 WPC 标准的设备线圈起到了一个 50%占空比谐振半桥的作用，其 输入为 19VDC（ 1。如果 无线接收端需要或多或少的功率， 则线圈频率会发生变化，但会保持在 110 到 205kHz 之 间，具体取决于功率需求。无线接收端无线接收端通常 为一种便携式 设备。无线接收端的关 键电 路是用于从无 线发送端接收 电力的次级线圈、用于将 AC 转换为 DC 的整流电路、用于将未稳压 DC 转换为经过稳压的 DC 的电源调节电路以及用于将信号 调制到次 级线圈的通信 电路。无 线接收端负责其身份 认证和电源要求的所有通信，因 为无线发送端只是一个 “收听者

6、”。尽管为了 让其符合 WPC 标准我们对无线发送端的 设计进 行了限制，但 设计无线接收 端时却可以有更多的自由。 我 们可以调节无线接收端的 线圈尺寸， 以 满足设备的体 积要求。利用 5V、500mA输出的 70% 典型效率，我 们对无线接收端的 线圈电压进 行全波整流。由 于两个 设备之间的通信是 单向的，因此 WPC 选择无线接收端作 为“述说者”。电感电能传输 通过耦合一次到次 级线圈的磁 场工作。非耦合磁力 线围绕 一次线圈旋转，且只要磁力 线不 耦合寄生 负载 其便不会出 现损耗（例如：金属的 涡流损耗等 ）。通信 协议通信协议包括模拟和数字声脉冲 （pinging）; 身份识

7、别和配置以及 电力传输。无线接收 端放置在无 线发送端上面 时出现的典型启 动顺序如下：来自无 线发送端的模 拟 ping 检测到对象的存在来自无 线发送端的数字 ping 为模拟 ping 的加长版，并 让无线接收端有 时间回复一个 信号强度包。如果 该信息强度包有效， 则无线发送端会 让线圈保持通 电并进行下一步 骤身份识别和配置 阶段期间，无线接收端会 发送一些数据包， 对其进行身份识别 ，并向 无线发送端提供配置和 设置信息在电力传输阶 段，无 线接收端向无 线发送端发送控制 误差包，以增加或者减少 电力。 正常运行期 间，每隔 约 250ms 便发送这些包，而在大信号 变化期间会每隔 32ms 发送一次 另外，在正常运行期 间，无 线发送端会每隔 5 秒钟便发送一次 电力包。为了终止电力传输，无 线接收端会 发送一条 “终止充 电”消息，或者 1.25 秒时长 内都不进行