WirelesschargingStudy

1、WirelessWireless Charging Study Charging StudyCONTENTS:CONTENTS:【1 1】Wireless chargingWireless charging 1.業(yè)界無線充電技術(shù)分類 2. 主流無線充電技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)聯(lián)盟成員【2 2】電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)充電技術(shù)充電技術(shù) 1.基本工作原理 2. 典型的電磁感應(yīng)電源系統(tǒng)架構(gòu)【3 3】拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1.主流的驅(qū)動結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點(diǎn) 2. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路分析 3. 諧振正弦波電路【4 4】通信方式通信方式 通信原理 通信的主要四個(gè)階段【5 5】Wireless Wireless 方案選定方案選定TIT

2、I TX :bq500410A RX：bq51013b【6 6】效率測量對比效率測量對比【7 7】LCLC料件選擇問題料件選擇問題【8 8】IC IC 廠商方案廠商方案無線充電技術(shù)可分為磁耦共振、電磁感應(yīng)、鐳射光感應(yīng)、微電波轉(zhuǎn)換、電壓效應(yīng)、電導(dǎo)式.等，前四項(xiàng)為現(xiàn)階段主要發(fā)展技術(shù)，以電磁感應(yīng)較為成熟。無線充電技術(shù)主要有四大技術(shù)主流無線充電技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)聯(lián)盟成員Intel于于2013/6/20以董事身份加入以董事身份加入Media Tek聯(lián)發(fā)科聯(lián)發(fā)科，戴爾，戴爾微軟微軟CES中發(fā)布最新的參考設(shè)計(jì)與樣品中發(fā)布最新的參考設(shè)計(jì)與樣品最新的PMA聯(lián)盟PMA是Power Matter Alliance 的

3、縮寫,PMA標(biāo)準(zhǔn)是由Duracell Powermat 公司發(fā)起的,由寶潔無線充電技術(shù)公司與Powermat公司共同經(jīng)營。PMA的成員包含了實(shí)力強(qiáng)大的AT&T、google、星巴克、金霸王、AT&T、中興、黑莓 。最近則又有幾位大牌加盟，分別是HTC、華為、LG、三星。PMA標(biāo)準(zhǔn)同樣采用的是最主流的電磁感應(yīng)技術(shù)電磁感應(yīng)技術(shù)。目前已經(jīng)與A4WP 組成聯(lián)盟，技術(shù)共享，對抗Qi聯(lián)盟最新的iNPOFi智能無輻射iNPOFi單芯片無線充電單芯片無線充電效率超效率超90% 減少減少90%PCB面積面積2013年6月，硅展科技在廣州“2013年天翼手機(jī)交易會”展示了“iNPOFi智能無輻射”技術(shù)SSL100

4、1、SSL1006系列無線充電發(fā)送器和接收器集成電路(IC)，其在單芯片上集成發(fā)送器與支持組件，與現(xiàn)有解決方案相比可將發(fā)送器和接收器面積和BOM（材料清單）減少90%以上，同時(shí)iNPOFi智能無輻射充電技術(shù)” 簡化能量傳輸過程，直接“電電”一次能量轉(zhuǎn)化即實(shí)現(xiàn)充電過程中電源傳輸效率超過90%，溫升小于2 。電磁感應(yīng)充電技術(shù)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：變化的電流流過線圈會產(chǎn)生變化的磁場，而未通電的線圈靠近變化的磁場就會產(chǎn)生電流。無線充電就是應(yīng)用了這種稱為“電磁感應(yīng)”的物理現(xiàn)象。電的傳輸是通過共享磁場。TX&RX放置位置的解決方案三種方案可移動式線圈 多線圈選擇式磁鐵吸引式線圈原理控制伺服馬達(dá)移動線圈位

5、置，達(dá)到兩個(gè)線圈高度重合TX多個(gè)線圈構(gòu)成線圈陣，激活與接收線圈重合面積最大的線圈線圈中心放置磁鐵，利用磁鐵吸合達(dá)到定位優(yōu)點(diǎn)效率最高可靠性高、效率高效率高、成本較低缺點(diǎn)控制復(fù)雜，成本太高線圈占用面積大成本適中N/A代表廠商松下、三洋Maxell、Energizerfulton典型的電磁感應(yīng)電源系統(tǒng)架構(gòu)主流的驅(qū)動結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)Tx發(fā)射端驅(qū)動電路架構(gòu)分類：a.半橋驅(qū)動半橋驅(qū)動-推動電容線圈推動電容線圈優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：零件使用最少，電路最簡單零件使用最少，電路最簡單缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：一組開關(guān)電路推動電容和線圈產(chǎn)生諧振。一組開關(guān)電路推動電容和線圈產(chǎn)生諧振。b.半橋驅(qū)動半橋驅(qū)動-推動推動線圈接上下端線圈接上下端

6、電容電容優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：推出較小交越失真的正弦波推出較小交越失真的正弦波缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：Cost偏高，需兩個(gè)耐高壓諧振電容偏高，需兩個(gè)耐高壓諧振電容c.全橋驅(qū)動全橋驅(qū)動-推動推動線圈與線圈與電容兩端電容兩端優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動能力強(qiáng)驅(qū)動能力強(qiáng)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：Cost較高，電路構(gòu)架復(fù)雜較高，電路構(gòu)架復(fù)雜主流的驅(qū)動結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)Rx接收線圈電路架構(gòu):a.電磁感應(yīng)接收電磁感應(yīng)接收優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單、不需要調(diào)整匹配：電路結(jié)構(gòu)簡單、不需要調(diào)整匹配缺點(diǎn)缺點(diǎn)：有效距離短、效率差有效距離短、效率差b.共振（并聯(lián)諧振）接收共振（并聯(lián)諧振）接收優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有效距離長、接收電壓高、：有效距離長、接收電壓高、 低功率下效率較高

7、低功率下效率較高缺點(diǎn)缺點(diǎn)：感應(yīng)電流?。焊袘?yīng)電流小c.共振（串聯(lián)諧振）接收共振（串聯(lián)諧振）接收優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電流大、高功率下效率較高：電流大、高功率下效率較高缺點(diǎn)缺點(diǎn)：有效距離短、接收電壓低有效距離短、接收電壓低拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路分析這個(gè)電路主要實(shí)現(xiàn)DCAC的轉(zhuǎn)化這種結(jié)構(gòu)的電路稱之為電壓型單相半橋逆變電路。開關(guān)器件V1和V2的柵極信號在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏、半周反偏,即duty為50%。簡化結(jié)構(gòu)圖T1 時(shí)刻V1導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極-V1-RL負(fù)載-C2-電源負(fù)極構(gòu)成回路，負(fù)載兩端左邊為正，右邊為負(fù)； Vo電壓上升，Io電流上升T1T1時(shí)刻H-GIOL-GVo=6V VAT2T2 時(shí)刻V1關(guān)斷， VD2

8、導(dǎo)通,由于電感中電流io 不能立即向，于是V2&VD2導(dǎo)通續(xù)流此時(shí)Vo電壓繼續(xù)上升到最高點(diǎn)，到io 降為零時(shí)。T2時(shí)刻H-GIOL-GVo=6V VAT3 時(shí)刻, V2開通，io 開始反向。Vo電壓開始降低。T3T3時(shí)刻H-GIOL-GVo=6V VAT4 時(shí)刻V2關(guān)斷，由于電感中電流i0 不能立即反向，且能量很大，通過V1導(dǎo)通，Vo電壓繼續(xù)降低，直到io 降為零。之后重復(fù)T1T4過程。T4T4時(shí)刻H-GIOL-GVo=6V VAC1&C2作用：1.諧振電容 2.輪流充放電，維持電壓平衡 3.暫存能量iUi+LruCCrrrrrirrrddddLCCLituCUutiL諧振正弦波形成過程諧振過

9、程定量分析諧振過程定量分析 求上邊的兩個(gè)微分方式，可得uCr的表達(dá)式：)(sinin)(cos)()(sin)(cosinin)(0r00r00r00rrrttZVVttItittZrIttVVVturCrLrLrLrCC）（式中式中 是諧振角頻率，是諧振角頻率， ，諧振頻率，諧振頻率 是諧振電感和諧振電容的特征阻抗，rrrCL1rrrCLf212rrrZrrCLZr00tLrLrII）（00tCrCVrV）（假設(shè)在假設(shè)在ToTo時(shí)刻時(shí)刻RX coilRX coilTX coilTX coilCOMM2COMM2COMM1COMM1COMM+COMM+通信硬件示意圖無線充電無線充電采用采用反向

10、散射調(diào)制原理反向散射調(diào)制原理：接收端通過Comm電容周期變化影響接收電感的變化，通過耦合效應(yīng)影響到到發(fā)射電感的變化，這種變化被接收端的COMM接收并解析到，讓接收端的控制器改變DPWM頻率，從而改變發(fā)射電感的電壓幅度 RX IC RX IC 內(nèi)部內(nèi)部RX ICRX IC 內(nèi)部有內(nèi)部有T Tclk 2K 2K晶振，作為基準(zhǔn)，周期為晶振，作為基準(zhǔn)，周期為0.5ms0.5ms當(dāng)當(dāng)Comm_DriverComm_Driver發(fā)出發(fā)出01010011 01010011 特定意義的編碼時(shí)特定意義的編碼時(shí), ,此時(shí)的此時(shí)的COMM1&COMM2 pin COMM1&COMM2 pin 同樣得到一樣的同樣得到

11、一樣的High & Low High & Low 變化變化, ,通過通過Comm Comm 與與ACAC之間的之間的C C，RXRX線圈也感應(yīng)到這樣的變化線圈也感應(yīng)到這樣的變化0.5ms0.25ms0.25msRX 通信發(fā)射方式CH1:TP6(voltage of TX coil ) CH2:COMM+ CH3:TP11(voltage of RX coil )CH4:COMM2Voltage of TX coil 有高低起伏的波動有高低起伏的波動Power transfer phasesPower transfer phases RX放在TX上充電時(shí)waveform 通信數(shù)據(jù)分析CH1:TP6(voltage of TX coil ) CH2:COMM+ CH3:Comm2 of RXCH4:DPWMping, identification & configuration, and power transfer Ping phasePing phaseIdentificationConfigurationControl ErrorTXTX : bq500410ATX : bq500410Abq500410A SCH.pdfCoil1.1選擇analog switch TP6DriveCoil1.3選擇Coil1.2選擇RXRX : bq51013bACDC