齐规范标准的移动设备充电解决方案

【Word版本下载可任意编辑】齐规范标准的移动设备充电解决方案无论是可穿戴医疗保健设备，还是提供信息和连接功能的智能电话和平板电脑，消费者需要能随时随地使用的产品。基于该需求，他们还在寻求无需充电器电缆和连接器的充电解决方案。为了满足这些市场前提条件，在过去几年里，无线充电的出现成为极具吸引力的插头适配器替代方案，而且随着各类标准的兴起，现已蓄势待发。基于这些标准，诸如TexasInstruments、FreescaleSemiconductor和IntegratedDeviceTechnology等厂商已开始提供整体解决方案。

成功开发无线电源解决方案的回报是丰厚的。根据研究和技术咨询公司IHS提供的信息，到今年年底，使用无线电源的设备将到达1亿台左右。而20**年，无线充电装置的数量估计仅有5百万左右。有趣的是，有三家标准组织在争夺这块新兴市场。1无线电源联盟(WPC)于20**年发布了无线电标准，随后电源事务联盟(PMA)于20**年提出了一种替代解决方案。20**年还推出了第三项计划——无线电力联盟(A4WP)。

近，A4WP和PMA签订了一份协议，双方将合并并创立单一机构，致力于满足消费者的无线感应充电需求。该联盟旨在打造可互操作的无线充电生态系统，这对于促进消费者广泛采用该技术至关重要。SamsungElectronics和Qualcomm等公司支持A4WP，而Duracell和AT&T则支持PMA。

感应充电

目前WPC的成员数多，超过200多家，其无线充电标准Qi也，市面上有600多款Qi产品和5千万台Qi设备。根据WPC提供的信息，主要手持设备制造商有70多款智能手机采用了Qi规范；行驶的约15款车型集成了Qi充电功能。

如图1所示，Qi系统包括功率发射板，以及便携式设备中的兼容型接收器线圈。Qi系统使用感应耦合现象在两个线圈之间传输功率。因此，初级（发射器）线圈中的电流产生磁场，并在次级（接收器）线圈中产生感应电流。然后，使用接收的电流为电池充电或为负载供电。通常，两个线圈之间的距离是5毫米，发射器与接收器耦合消耗的功率不超过5W。工作频率范围为100-205kHz。这一Qiv1.0初始规范于20**年8月发布。为了给发射器提供更大的设计空间，几年后引入了Qiv1.1。该规范允许更长的耦合距离。根据v1.1规范，Qi充电器可通过40毫米台式设备向Qi接收器提供5W的功率。

图1：典型无线充电系统使用两个磁耦合电感器、一个发射线圈和一个接收器线圈。发射器线圈中的交流电产生磁场，并在接收器线圈中产生感应电压。（：无线电源联盟）

为了使Qi充电器具有更大的灵活性，WPC于20**年夏将标准更新至1.2版。Qiv1.2扩展了的规范，在Qi规范中针对现有的感应技术增加了谐振充电。这样，制造商可以选择小心地在构造体（如家具和桌面）中更深地嵌入无线充电器，并采用直接接触的低成本表面应用。该规范还兼容v1.1接收器。

根据WPC提供的信息，其成员公司使用Qiv1.2原型接收器演示了在45毫米距离内的充电功能。而且，现有Qiv1.1系统与v1.2原型系统之间已成功完成互操作性测试。这意味着，移动设备再也不必直接接触充电板。因此，单个Qiv1.2发射器可以同时为多台Qi设备充电。并且，的Qi规范还允许发射器为厨房应用提供2000W的功率。

符合Qi规范的解决方案

WPC的创始会员TI为系统的发射器端和接收器部分开发了IC。该公司通过吸收新成员，不断扩大其无线充电产品组合。去年，该公司推出两款符合Qi规范的单片接收器bq51020和bq51021。该单片5W接收器可提供整流、调节、数字控制和通信功能，以支持Qiv1.1规范（图2）。TI表示，这些接收器IC专门用于为符合Qi规范的手机、平板电脑和其他电子产品充电，相比其他可用的无线电源解决方案，速度更快、效率更高。接收器的可编程输出电压高达8V，并采用低导通电阻MOSFET，从而降低了多达50%的功耗。此外，bq51021还带有一个I2C接口，能让系统设计人员实现异物检测(FOD)，以及一个独特的“充电板检测”功能，从而让接收器更轻松地与充电器配对，提供更好的用户体验。

图2：TI的单片接收器bq5102x可提供整流、调节、数字控制和通信功能，以支持Qiv1.1规范。

在发射器端，该公司增加了新一代芯片bq500212A，只需更少的元件便可完成解决方案，并能通过USB端口或5V电源供电。该芯片符合WPC的v1.1A5型或A11型发射器线圈规范（图3）。本质上，该控制器集成了向符合Qiv1.1规范的接收器芯片传输无线功率所需的全部控制功能。其他主要功能包括动态功率限制、FOD以及增强型寄生金属物体检测功能(PMOD)。根据供给商的介绍，该芯片具有全面的状态和故障监控功能，可实现符合Qi规范的低成本、牢固耐用的无线电源系统设计。

图3：采用TI无线电源控制器ICbq500212A的典型发射器电路。

去年，TI还推出了双模式5W接收器bq51221，其通信和控制功能可兼容WPC的Qiv1.1和PMA协议。这种单芯片无线电源接收器可提供电源转换（整流和调节），以及适合两种标准的数字化控制和通信。无需更多软件开发工作。此外，该芯片还具有动态整流器控制功能，可在保持较小的解决方案尺寸的同时提供高能效。

为了增强无线充电器的功能，TI近发布了业内完全集成的10W无线充电解决方案。该方案符合Qi标准并向后兼容5WQi接收器。其中包括无线电源接收器芯片bq51025和对应的无线电源发射器bq500215。据TI介绍，完成配对后，接收器支持4.5V到10V的可编程输出电压，并能在10W时到达高达84%的充电效率。这种全封闭式无线电源接收器解决方案的尺寸仅为长3.60毫米，宽2.89毫米，适合在许多便携式工业设计中使用，从收银机(POS)扫描仪到手持式医疗诊断设备，以及平板电脑和超级本等个人电子设备。图4显示了基于无线电源接收器芯片bq51025且符合Qiv1.1规范的典型接收器电路。

图4：基于无线电源接收器芯片bq51025且符合Qiv1.1规范的接收器电路。输出为7V，输出电流为1.4A。

类似的，专用定频无线数字发射器bq500215符合Qiv1.1规范，具有高达5W的功率输出，并采用专有的双向通信协议，可使用无线接收器bq51025实现