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http://www.goldeneagle-cn.com 在手机和其它小型便携式运用中，无线电源体系不断得到认可。现有规范受限于5W电力传输，可是智能手机、平板电脑和便携式工业及医疗运用不断增长的电力需求对供电才能提出了更高的需求。跟着输出功率的添加，有必要在体系规划开端就将功率和热功能思考在内。这篇文章回忆了可批量生产的10W无线充电系统的完成办法，并供给了与体系功能优化有关的体系规划攻略。咱们还给出了一些现已在10W运用中成功测验的收发器 (TX) 和接收器 (RX) 线圈的示例。
无线电源多年前就现已呈现，方式也有多种，不过近来才因为行业规范的呈现而变得更为遍及。智能手机和小型平板电脑是目前运用无线充电的首要产品类别。可是，这项技能也开端扩展到可穿戴设备以及医疗和工业运用。当无线电源与无线连通技能合作运用时，就可以使无外部接头、彻底密闭设备的规划变成也许。这使得无线电源变成一切需求在室外或湿润环境中运行的便携式体系的抱负挑选。
现有的工业规范只有有限的功率输出才能通，常在5W范围内。更高功率规范的开发正在进行当中，截至2014年12月，还未彻底断定。因而，那些需求更高功率水平来为较大容量电池充电的器材就需求定制或专有规划。尽管体系规划人员有也许运用规范组件“从零开端”，可是这种办法就很难完成终端产品疾速投放市场的这一方针。如今市面上的互补发射器和接收器芯片组可完成关于便携式运用的10W无线电源体系的立刻规划，其间包括一个和两个电池节电池组架构。
图1：典型无线电源系统架构图
无线电源系统架构
图1中显示的是一张紧密耦合智能无线电源系统的简化图。如果从原理图的角度来看，它看起来很像一款变压器耦合隔离式电源转换电路。然而在这里, 初级线圈和次级线圈是完全分离开来，而不是绕在同一磁芯上的。电能从发射器（初级，或TX）端传输到接收器（次级，或RX）端，而接收器电路以数字脉冲的形式将反馈发送回磁耦合器件。
图1中显示的是一张紧密耦合智能无线电源系统的简化图。如果从原理图的角度来看，它看起来很像一款变压器耦合隔离式电源转换电路。然而在这里, 初级线圈和次级线圈是完全分离开来，而不是绕在同一磁芯上的。电能从发射器（初级，或TX）端传输到接收器（次级，或RX）端，而接收器电路以数字脉冲的形式将反馈发送回磁耦合器件。
将功率功能扩展至10W就不得不有几点额定的思考。首要，有必要将硅功率元件规划成可以处理所需的峰值和继续功率水平。在发射器端，功率FET元件在发射操控器的外部，所以可依照需求将它们升级为可以处理峰值电流。在接收器端，解决方案的小尺寸是非常重要的，集成 FET器材被用来供给单芯片用具。为了供给高功率并改善热功能，与之前的5W接收器相比，RX操控器中的FET具有更低的RDS(on)。磁性元件，即TX和RX线圈也有必要具有可以处理10W电源传输所需的更高峰值电流的额定值。最终，因为10W体系的磁场强度更高，相关于5W体系来说，接收器端的屏蔽范围就需求扩大。这关于为体系中的金属元件供给非常好的屏蔽，最大极限地下降接收器端的“临近、触摸金属”损耗，并尽也许地进步体系功率也是有必要的。
如今再来参阅一下图1，咱们注意到RX操控器供给到TX操控器的反应，需求TX依据不一样负载条件，以及线圈对齐/耦合功率等的需求来改动其输出功率。一种改动输出功率的多见办法是用稳定振幅/可变频率ac信号来鼓励线圈。别的一个代替办法是用可变振幅/固定频率鼓励。
可变频操控免除了关于TX端上可调前置稳压级的需求，而是依托TX/RX谐振电路的共振调谐。当TX作业频率挨近共振点时，最大也许功率从TX传输到RX。为了削减传递到RX端的功率，TX操控器添加其频率，使其远远高于共振峰值。在RX需求较少的功率等较轻负载情况下，TX频率往往会添加。可是，这个办法使得电力传输/操控过程在很大程度上取决于线圈调理。当在较高功率水平下运用时，一个可变频率架构在电磁搅扰 (EMI) 操控方面也会提出一些问题。
10W发射器体系运行在固定频率下，可是却运用一个可调前置稳压器来改动用于线圈鼓励的直流电压轨。一个全桥电路被用来生成用于TX线圈的沟通鼓励电流。图2中显现的是一个定频 (10W) 无线充电发射器体系的根本方框图。当RX需求更多的输出功率时，直流电压轨为TX线圈功率级供给的电压会添加。直流电压跟着RX负载的下降而削减。
图2. 具有一个无线数字控制的10W无线充电发射器
10W体系的可调输出电压和热功能
第一代5W无线电源体系通常在接收器端发生一个固定的5V输出电压。这现已足够为一个充电率在1A范围内的单节锂离子电池充电了，而从本质上讲，这个电源体系与随处可见的USB类型电源很类似。可是，跟着便携式器材内电池容量的添加，要坚持疾速的充电时刻就需求更高的电流。
bq51025 10W无线接收器输出电压可在5V至10V的范围内用外部反应电阻器进行调理。这样就可完成对一节或两节串联电池装备的充电，并且在与一个宽输入电压范围开关形式NVDC类型充电器组合在一起时，可以坚持单节电池充电情况下的高功率。在比如无线RX输出情况下，NVDC充电器架构在削减较高电压电源所需的输入电流的同时，可完成低压电池的高效充电。图3显现的是无线接收器电路板在为负载供给一个10W电源的同时，在5V，7V和10V输出设置下的热呼应（分别为图. 3a，b和c）。很明显，10V输出情况下发生的热量起码，应当在高频开关形式充电器可用于电池充电的情况下运用。
接收器电路上的串联谐振电容器（图4中的C1）关于优化热功能也相同要害。实际操作中，将多个电容器并连在一起来供给所需的总电容值。
在运用C0G（较大封装，低串联等效电阻 (ESR)）和X7R（较小封装，较高ESR）时的热功能差异是非常可观的（图5）
图5.电容器对热性能的影响
较小的、高ESR电容器会变成RX打印电路板 (PCB) 上温度最高的当地。由这些电容器所致使的PCB温度上升，会阻碍其发出集成电路 (IC) 自身发生的热量，这也就意味着IC和PCB的整体温度都会添加。又因为运用了较小的谐振电容器，总功率从80%下降到74%。
图6显现的是运用一个无线电源发射器 (bq500215) 与一个无线电源接收器 (bq51025) 、评价板 (EVM) 和适当组件挑选组合装备的10W无线电力传输的整体体系功率。
图6. 在5V，7V和10V输出设置时，10W电源系统的端到端效率
线圈挑选攻略
在接收器端，应当对线圈参数进行优化，以匹配运用的方针输出电压。在需求5V输出的情况下，RX线圈的标称电感值应当在10μH范围内；关于7V或10V的较高输出电压，RX线圈应当在15μH的范围内。
尽管抱负状况是最大极限地削减线圈的直流电阻 (DCR)，可是在较高的输出电压情况下，答应略微地添加DCR来应对较低的电流。图7显现的是两个典型RX端线圈。一切RX和TX线圈组装时需求反面屏蔽资料。
图7. 针对5V，7V和10V输出要求的典型RX线圈技术规格
电池充电时刻对比
最终，履行一个10W无线电源体系的原因是削减高容量电池的充电时刻。图8显现了与bq24261 NVDC开关形式充电器组合运用时，运用5W和10W无线电源体系时关于3.1Ah锂离子电池的充电时刻。充电时刻被大幅削减—从运用5W充电器时挨近4个小时削减到运用10W充电器时的少于3小时。因为锂离子电池充电算法的逐步下降“渐止”特点，总充电时刻的削减值与供给的电源不直接成份额。可是，代表满充电状况大概70%的稳定电流到稳定电压形式的转换点减小到了原来的一半（图8）。
