隨著可攜式設(shè)備電源使用要求的成長，廣大消費(fèi)者需要一些易用的充電解決方案。這些解決方案可以在各種環(huán)境下使用，例如：家庭、辦公室、汽車、機(jī)場、學(xué)校等等。無線充電聯(lián)盟(WPC)已經(jīng)制訂出了業(yè)界首個(gè)互通作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Qi)，讓所有相容發(fā)送器(compliant transmitter)能為來自不同廠商、不同電源要求的相容接收機(jī)(compliant receivers)供電。
技術(shù)進(jìn)步讓可攜式設(shè)備產(chǎn)品一代比一代智慧。提高易用度以及設(shè)備功能的增多都對電源提出了新的需求。消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)為設(shè)備充電的次數(shù)越來越頻繁，需要一些更加方便有效的方法來為解決充電問題。無線充電技術(shù)提供了一種解決方案，讓可攜式設(shè)備透過一個(gè)發(fā)送器墊來充電，無需任何電氣連接。如今，人們開發(fā)出多種形式的無線充電技術(shù)，但是最為成功的商業(yè)應(yīng)用卻是基於電感的電力傳輸，如電動牙刷等。這種技術(shù)更易於適應(yīng)各種商業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)互通作業(yè)。
互通作業(yè)性是指任何發(fā)送器都能夠?yàn)槿我恍袆釉O(shè)備供電，而與電源要求、外形尺寸和廠商無關(guān)。現(xiàn)有感應(yīng)無線充電解決方案，要求消費(fèi)者購買指定的充電墊，另外還需購買可攜式設(shè)備的附件。市場調(diào)查顯示，消費(fèi)者感興趣的解決方案是一種比現(xiàn)有有線充電方法更加方便的互通作業(yè)解決方案。WPC基於感應(yīng)電力傳輸制訂了Qi互通作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解決了5W以下手持設(shè)備的無線充電問題。該聯(lián)盟致力於透過設(shè)立一種全球互通作業(yè)的基礎(chǔ)架構(gòu)，讓無線充電成為一種無處不在的普及技術(shù)。
WPC標(biāo)準(zhǔn)
圖1顯示了一個(gè)WPC型感應(yīng)無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。發(fā)送器由AC/DC電源轉(zhuǎn)換、驅(qū)動器、發(fā)射線圈、電壓與電流檢測以及控制器組成。接收機(jī)由接收線圈、整流、電壓調(diào)節(jié)(即穩(wěn)壓調(diào)節(jié))及一個(gè)控制器組成。該系統(tǒng)的負(fù)載可以為任何電池供電型設(shè)備，如手機(jī)。
圖1：WPC感應(yīng)無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
電力傳輸
電力透過一個(gè)耦合磁場從發(fā)送器傳輸至接收機(jī)，而該磁場是在交流電流經(jīng)發(fā)送器線圈時(shí)形成的。如果接收機(jī)線圈較為接近(X、Y或者Z尺寸間隙小於5mm)，大部份發(fā)送器場力線會耦合至接收機(jī)線圈。這些耦合場力線在次級線圈中形成交流電，對其整流可產(chǎn)生直流電壓，因而為手機(jī)或者其他可攜式設(shè)備提供電源。
通訊協(xié)定
該標(biāo)準(zhǔn)利用反向散射調(diào)變實(shí)現(xiàn)接收機(jī)到發(fā)送器之間的通訊。透過接收機(jī)調(diào)節(jié)與線圈並聯(lián)的負(fù)載(可以為電阻式或者電容器式)來實(shí)現(xiàn)，其反過來又透過耦合磁場調(diào)變初級電流。發(fā)送器透過檢測初級線圈電流，對通訊訊號進(jìn)行解調(diào)。該通訊訊息通道允許向發(fā)送器發(fā)送消息，目的是控制幾種系統(tǒng)級功能：
1、識別：接收機(jī)一定能夠讓發(fā)送器將自己識別為一部WPC相容設(shè)備，這種特性提高了安全性，因?yàn)橐粋�(gè)WPC相容發(fā)送器無法為一個(gè)非相容接收機(jī)供電。
2、電源要求：接收機(jī)可以要求發(fā)送器增加或者降低輸出功率(最大5W)。由於接收機(jī)可以讓其接收到的功率適合於其目前負(fù)載需求，因此系統(tǒng)可以更加智慧高效。
3、電力傳輸控制：接收機(jī)可以透過發(fā)送一條結(jié)束電力傳輸消息，關(guān)閉發(fā)送器。例如，電池完全充電狀態(tài)時(shí)，接收機(jī)便不再需要電力。關(guān)閉發(fā)送器，意味著該系統(tǒng)具有非常低的待機(jī)功耗。
磁性組件
磁性組件或者線圈、屏蔽層和磁鐵/吸引器的組合，是WPC系統(tǒng)不可或缺的組成部份，需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)考慮，因?yàn)樗鼈儗傁到y(tǒng)性能有重要的影響。
由於發(fā)射端的實(shí)現(xiàn)對外形尺寸沒有嚴(yán)格的限制，因此WPC標(biāo)準(zhǔn)固定了磁性設(shè)計(jì)發(fā)射端。這樣便可讓次級線圈施加的磁場強(qiáng)度和分佈保持一致，因而實(shí)現(xiàn)可靠的系統(tǒng)執(zhí)行。WPC v1.0規(guī)格為這些發(fā)射端設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。由於存在實(shí)質(zhì)不同的整體外形尺寸，我們無法標(biāo)準(zhǔn)化接收端磁性組件。磁性組件廠商已經(jīng)順應(yīng)了這一技術(shù)發(fā)展趨勢，為發(fā)送器提供WPC相容磁解決方案，同時(shí)為接收機(jī)提供定製解決方案。這些解決方案可以以整合組件(線圈+屏蔽層)或者單獨(dú)配件(單獨(dú)的屏蔽層和線圈)的方式購買。
接收機(jī)架構(gòu)
提供Qi相容產(chǎn)品的最快速途徑是，提供電源或者直接電池充電實(shí)現(xiàn)的附加解決方案。
電源實(shí)施
圖2顯示了一個(gè)無線充電接收機(jī)如何模仿電源配接器的執(zhí)行，向行動設(shè)備提供5-V、5-W電源。在這種最簡單的實(shí)施中，接收機(jī)和行動設(shè)備之間僅要求兩個(gè)觸點(diǎn)、無線電源和接地。由於大多數(shù)第一代Qi產(chǎn)品都沒有去除掉有線連接器，因此圖2還顯示了如何透過一個(gè)有線配接器或者無線電源來實(shí)現(xiàn)充電。兩個(gè)電源都連接至行動設(shè)備內(nèi)部的電源多工器。一般而言，配接器電源是默認(rèn)選擇，而在沒有配接器的情況下才使用無線電源。
圖2：使用有線輸入的四觸點(diǎn)電源接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)
當(dāng)有配接器或者電池充電結(jié)束時(shí)，需要中斷無線電力傳輸。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，可以在接收機(jī)處於無負(fù)載狀態(tài)時(shí)向發(fā)送器發(fā)送一條消息來終止電力傳輸。透過打開多工器的無線電源接收機(jī)開關(guān)，可以模擬這種狀態(tài)。無負(fù)載狀態(tài)的更多詳情，可以利用更多觸點(diǎn)來獲得。
在三觸點(diǎn)解決方案中，充電結(jié)束時(shí)，行動設(shè)備向接收機(jī)發(fā)送的一條數(shù)位終止訊號被驅(qū)動為高電平。接收機(jī)進(jìn)入無負(fù)載狀態(tài)，之後向發(fā)送器發(fā)送關(guān)於充電完成的額外訊號，讓發(fā)送器結(jié)束供電。發(fā)送器利用這一資訊，透過一個(gè)LED燈通知用戶充電完成。
在四觸點(diǎn)解決方案中，檢測訊號適用於測量配接器電壓，並通知發(fā)送器結(jié)束電力傳輸，無需發(fā)送終止消息。
直接電池充電器的實(shí)施
圖3顯示了一個(gè)直接電池充電器的實(shí)現(xiàn)，其無線電源直接提供給電池。透過調(diào)節(jié)控制器充電演算法的充電曲線，這種實(shí)現(xiàn)可以支援任何電池化學(xué)物質(zhì)。利用I2C或者 SMBus，可讓接收機(jī)變得‘智慧’，這樣主機(jī)便可以收集測量資訊(如整流功率)，並設(shè)置充電參數(shù)。兩個(gè)充電器本質(zhì)上與電池連接：有線和無線充電通路。透過檢測配接器電壓探測到有線配接器時(shí)，無線接收機(jī)充電演算法便終止。
圖3：直接電池充電器解決方案的無線充電系統(tǒng)架構(gòu)
由於行動設(shè)備的高系統(tǒng)整合度，這種實(shí)施不僅對整體行動設(shè)備外形尺寸產(chǎn)生的影響最小，效率也最高。 |
