隨著便攜式設(shè)備電源使用要求的增長，廣大消費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、機場、學(xué)校等等。無線充電聯(lián)盟(WPC)已經(jīng)制定出了業(yè)界首個互操作標準(Qi)，讓所有兼容發(fā)送器(compliant transmitter)能為來自不同廠商、不同電源要求的兼容接收機(compliant receivers)供電。
技術(shù)進步讓便攜式設(shè)備產(chǎn)品一代比一代智能。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，讓便攜式設(shè)備通過一個發(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)用卻是基于電感的電力傳輸，例如：電動牙刷等。這種技術(shù)更易于適應(yīng)各種商業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)互操作。
互操作性是指任何發(fā)送器都能夠為任一移動設(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，要求消費者購買指定的充電墊，另外還需購買便攜式設(shè)備的附件。市場調(diào)查表明，消費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操作解決方案。
WPC基于感應(yīng)電力傳輸制定了Qi互操作標準，解決了5W以下手持設(shè)備的無線充電問題。該聯(lián)盟致力于通過建立一種全球互操作的基礎(chǔ)架構(gòu)，讓無線充電成為一種無處不在的普及技術(shù)。
WPC標準
圖1顯示了一個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。接收機由接收線圈、整流、電壓調(diào)節(jié)(即穩(wěn)壓調(diào)節(jié)),及一個控制器組成。該系統(tǒng)的負載可以為任何電池供電型設(shè)備，例如：一部手機。
電力傳輸
電力通過一個耦合磁場從發(fā)送器傳輸至接收機，而該磁場是在交流電流經(jīng)發(fā)送器線圈時形成的。如果接收機線圈較為接近(X、Y或者Z尺寸間隙小于5mm)，大部分發(fā)送器場力線會耦合至接收機線圈。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，從而為手機或者其他便攜式設(shè)備提供電源。
通信協(xié)議
該標準利用反向散射調(diào)制實現(xiàn)接收機到發(fā)送器之間的通信。通過接收機調(diào)節(jié)與線圈并聯(lián)的負載(可以為電阻式或者電容式)來實現(xiàn)，其反過來又通過耦合磁場調(diào)制初級電流。發(fā)送器通過檢測初級線圈電流，對通信信號進行解調(diào)。該通信信道允許向發(fā)送器發(fā)送消息，目的是控制幾種系統(tǒng)級功能：
1、識別：接收機一定能夠讓發(fā)送器將自己識別為一部WPC兼容設(shè)備，這種特性提高了安全性，因為一個WPC兼容發(fā)送器無法為一個非兼容接收機供電。
2、電源要求：接收機可以要求發(fā)送器增加或者降低輸出功率(最大5W)。由于接收機可以讓其接收到的功率適合于其當前負載需求，因此系統(tǒng)可以更加智能高效。
3、電力傳輸控制：接收機可以通過發(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，接收機便不再需要電力。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)不可或缺的組成部分，需要仔細的設(shè)計考慮，因為它們對總系統(tǒng)性能有重要的影響。
由于發(fā)射端的實現(xiàn)對外形尺寸沒有嚴格的限制，因此WPC標準固定了磁性設(shè)計的發(fā)射端。這樣便可讓次級線圈施加的磁場強度和分布保持一致，從而實現(xiàn)可靠的系統(tǒng)運行。WPC v1.0規(guī)范為這些發(fā)射端設(shè)計提供了指導(dǎo)。由于存在實質(zhì)不同的整體外形尺寸，我們無法標準化接收端磁性組件。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兼容磁解決方案，同時為接收機提供定制解決方案。這些解決方案可以以集成組件(線圈+屏蔽層)或者單獨配件(單獨的屏蔽層和線圈)的方式購買。
接收機架構(gòu)
提供Qi兼容產(chǎn)品的最快速途徑是，提供電源或者直接電池充電實現(xiàn)的附加解決方案。
電源實施
圖 2顯示了一個無線充電接收機如何模仿電源適配器的運行，向移動設(shè)備提供5-V、5-W電源。在這種最簡單的實施中，接收機和移動設(shè)備之間僅要求兩個觸點、無線電源和接地。由于大多數(shù)第一代Qi產(chǎn)品都沒有去除掉有線連接器，因此圖2還顯示了如何通過一個有線適配器或者無線電源來實現(xiàn)充電。兩個電源都連接至移動設(shè)備內(nèi)部的電源復(fù)用器。一般而言，適配器電源是默認選擇，而在沒有適配器的情況下才使用無線電源。
當有適配器或者電池充電結(jié)束時，需要中斷無線電力傳輸。要實現(xiàn)這個功能，可以在接收機處于無負載狀態(tài)時向發(fā)送器發(fā)送一條消息來終止電力傳輸。通過打開復(fù)用器的無線電源接收機開關(guān)，可以模擬這種狀態(tài)。無負載狀態(tài)的更多詳情，可以利用更多觸點來獲得。
在三觸點解決方案中，充電結(jié)束時，移動設(shè)備向接收機發(fā)送的一條數(shù)字終止信號被驅(qū)動為高電平。接收機進入無負載狀態(tài)，之后向發(fā)送器發(fā)送關(guān)于充電完成的額外信號，讓發(fā)送器結(jié)束供電。發(fā)送器利用這一信息，通過一個LED燈通知用戶充電完成。
在四觸點解決方案中，檢測信號可用于測量適配器電壓，并通知發(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施
圖 3顯示了一個直接電池充電器的實現(xiàn)，其無線電源直接提供給電池。通過調(diào)節(jié)控制器充電算法的充電曲線，這種實現(xiàn)可以支持任何電池化學(xué)物質(zhì)。利用I2C或者 SMBus，可讓接收機變得“智能”，這樣主機便可以收集測量信息(例如：整流功率)，并設(shè)置充電參數(shù)。兩個充電器本質(zhì)上與電池連接：有線和無線充電通路。通過檢測適配器電壓探測到有線適配器時，無線接收機充電算法便終止。
由于移動設(shè)備的高系統(tǒng)集成度，這種實施不僅對整體移動設(shè)備外形尺寸產(chǎn)生的影響最小，效率也最高。
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