無線充電解決方案可令這些問題迎刃而解，並為設計人員提供更多的機會。現有用於WPC（無線充電聯盟）Qi標(biao)準(zhun)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)，可(ke)輕(qing)鬆(song)適(shi)用(yong)於(yu)這(zhe)種(zhong)較(jiao)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)應(ying)用(yong)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)平(ping)麵(mian)線(xian)圈(quan)
，通(tong)過(guo)密(mi)封(feng)外(wai)殼(ke)來(lai)傳(chuan)輸(shu)電(dian)力(li)。對(dui)於(yu)低(di)功(gong)耗(hao)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)而(er)言(yan)，小(xiao)巧(qiao)纖(xian)薄(bo)的(de)低(di)功(gong)耗(hao)接(jie)收(shou)器(qi)線(xian)圈(quan)可(ke)輕(qing)易(yi)地(di)嵌(qian)入(ru)到(dao)密(mi)封(feng)外(wai)殼(ke)或(huo)腕(wan)帶(dai)區(qu)的(de)背(bei)麵(mian)。Qi兼容器件是一種可縮短開發時間的成熟解決方案
，且此類產品能獲得現有WPC基礎設施的支持。

Qi兼容的無線電源係統

典型的無線電源係統在便攜式設備內有一個接收器（Rx）


，它提供能量給電池充電。發射器（Tx）位(wei)於(yu)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)底(di)座(zuo)內(nei)
，並(bing)連(lian)接(jie)至(zhi)壁(bi)掛(gua)式(shi)電(dian)源(yuan)。輸(shu)入(ru)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)

，然(ran)後(hou)在(zai)發(fa)射(she)器(qi)線(xian)圈(quan)與(yu)接(jie)收(shou)器(qi)線(xian)圈(quan)非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)時(shi)，通(tong)過(guo)線(xian)圈(quan)發(fa)生(sheng)磁(ci)耦(ou)合(he)。接(jie)收(shou)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)在(zai)電(dian)流(liu)高(gao)達(da)1A時通常為5V，其可為便攜式設備內的電池充電器IC提供輸入功率。


該係統中的發射器工作，由接收器芯片使用經同一磁耦合路徑傳回的數字通信包形式的反饋進行控製。Qi兼容接收器采用負載調製以數據包形式跨兩個線圈發送信息
，與發射器進行通信。發射器線圈電壓和電流以2kHzdesulvtiaozhi
，youfasheqijiemabingyongyukongzhi。jieshouqikeyixiangfasheqifasongduozhongleixingdeshujubao，yishixiankongzhihexinxichuanshu。ciwai，tongxindeshibaijiangzhongzhirenhegonglvchuanshu。Qi標準的“識別和配置”命令數據包非常有用，可保證功率僅傳輸到正確的設備
，從而避免潛在的危險情況。“充電完成”和“結束功率傳輸”數(shu)據(ju)包(bao)也(ye)是(shi)很(hen)有(you)用(yong)的(de)命(ming)令(ling)

，當(dang)電(dian)池(chi)充(chong)完(wan)電(dian)或(huo)出(chu)現(xian)其(qi)他(ta)情(qing)況(kuang)需(xu)要(yao)終(zhong)止(zhi)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)時(shi)可(ke)停(ting)止(zhi)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)。這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)可(ke)保(bao)證(zheng)采(cai)用(yong)現(xian)有(you)廣(guang)為(wei)人(ren)知(zhi)的(de)標(biao)準(zhun)在(zai)發(fa)射(she)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)安(an)全(quan)的(de)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)。

低功耗無線係統

通過精心調整線圈尺寸和外部元件值來匹配更小尺寸應用，可針對低功耗無線係統對既有的Qi兼容接收器和發射器進行優化。發射器和接收器的線圈均可縮減尺寸，以適應更小的外形。電源部分的元件（特別針對發射器）可降低功率規格。典型的WPC-1.1 Qi兼容係統可支持功率高達5W的輸出負載（通常為5V@1A）。

另一方麵，適用於可穿戴設備應用的低功耗係統可能擁有5V@100mA～250mA的輸出電力範圍。大多數Qi兼容功能的使用並不影響尺寸或性能。異物檢測（FOD）功能是一項可選功能，可防止功率傳輸到充電區的雜散金屬物體。在具有FOD功能的低功耗係統中
，總輸出功率被減小50%以上。隨著充電區域的縮小，物體進入該區域，並被加熱至出現問題的可能性也大大降低。FOD功能的關鍵可能主要取決於可穿戴設備充電墊或充電底座的機械設計。表1總結了采用WPC-1.1 Qi標準時的一些主要可用功能，而這些功能在定製可穿戴應用時是可選的。

低功耗係統線圈

線xian圈quan的de尺chi寸cun可ke減jian小xiao到dao一yi個ge點dian
，但dan仍reng需xu傳chuan輸shu功gong率lv並bing與yu發fa射she器qi進jin行xing通tong信xin。典dian型xing的de線xian圈quan結jie構gou是shi一yi種zhong在zai屏ping蔽bi層ceng上shang用yong銅tong線xian製zhi成cheng的de圓yuan形xing平ping麵mian線xian圈quan。替ti代dai配pei置zhi是shiPCB或柔性電路線圈。通常情況下，這些替代物可能有更高的直流（DC）電阻（更低的效率）
，但會非常纖薄，該特性很適合小型低功耗應用。屏蔽層可阻止交流電磁場進入電子器件和電池，這也可提高線圈的性能。

假設Rx線圈和Tx線圈在x-y平麵上對齊，那麼有兩個關鍵因素可確定耦合係數k。第一個因素是線圈到線圈（z）的距離，第二個因素是兩個線圈直徑的比例。當兩個線圈距離較近且直徑相匹配時，將產生最佳耦合（最高的k）結果（參考文獻2）。為確保兩個線圈從一開始就能在x-y平(ping)麵(mian)上(shang)緊(jin)密(mi)對(dui)齊(qi)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)充(chong)電(dian)底(di)座(zuo)或(huo)支(zhi)架(jia)的(de)機(ji)械(xie)設(she)計(ji)應(ying)包(bao)括(kuo)有(you)助(zhu)於(yu)將(jiang)設(she)備(bei)妥(tuo)善(shan)放(fang)置(zhi)在(zai)支(zhi)架(jia)中(zhong)的(de)物(wu)理(li)方(fang)法(fa)。由(you)於(yu)在(zai)本(ben)應(ying)用(yong)中(zhong)接(jie)收(shou)器(qi)線(xian)圈(quan)非(fei)常(chang)小(xiao)，Rx線圈和Tx線圈之間的輕微失準可能導致耦合係數顯著降低且功率傳輸效率很差。

在耦合電感器係統（如WPC/Qi）中，一次線圈和二次線圈間的耦合係數（k）通常為0.5～0.7。典型變壓器的k會高得多，例如0.99。當耦合係數很低時，在二次（接收器）側需要較高的電感值
，以確保輸出功率的需求能得到滿足。因此，那些可能具有低耦合的小型低功率設備，實際上比標準的5W設計需要更高的二次繞組電感（參考文獻3），可能需要具有更多匝數、更大屏蔽層的較高電感的接收器線圈
，才能達到所需的電壓增益。

線圈設計

接收器線圈尺寸的設計權衡因素包括線圈導線直徑
、屏(ping)蔽(bi)層(ceng)尺(chi)寸(cun)和(he)厚(hou)度(du)。線(xian)圈(quan)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)會(hui)使(shi)接(jie)收(shou)器(qi)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di)。接(jie)收(shou)器(qi)線(xian)圈(quan)設(she)計(ji)需(xu)要(yao)具(ju)體(ti)的(de)匝(za)數(shu)，以(yi)獲(huo)得(de)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)感(gan)。如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)，由(you)於(yu)耦(ou)合(he)係(xi)數(shu)降(jiang)低(di)，小(xiao)線(xian)圈(quan)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)感(gan)會(hui)比(bi)大(da)線(xian)圈(quan)高(gao)。為(wei)了(le)在(zai)較(jiao)小(xiao)空(kong)間(jian)內(nei)達(da)到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)
，匝(za)數(shu)會(hui)增(zeng)加(jia)
，導(dao)線(xian)直(zhi)徑(jing)會(hui)減(jian)小(xiao)。更(geng)細(xi)的(de)導(dao)線(xian)和(he)更(geng)多(duo)的(de)匝(za)數(shu)帶(dai)來(lai)的(de)合(he)並(bing)效(xiao)應(ying)，將(jiang)迫(po)使(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)升(sheng)高(gao)並(bing)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)。屏(ping)蔽(bi)層(ceng)能(neng)提(ti)供(gong)低(di)阻(zu)抗(kang)的(de)磁(ci)通(tong)路(lu)徑(jing)，並(bing)能(neng)增(zeng)加(jia)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)。

此外，屏蔽層還能阻止交流電磁場進入電池和接收器周圍的金屬體。更大、更(geng)厚(hou)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)比(bi)較(jiao)好(hao)，因(yin)為(wei)較(jiao)薄(bo)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)將(jiang)遭(zao)遇(yu)高(gao)通(tong)量(liang)磁(ci)場(chang)飽(bao)和(he)的(de)風(feng)險(xian)。發(fa)射(she)器(qi)線(xian)圈(quan)設(she)計(ji)的(de)物(wu)理(li)限(xian)製(zhi)較(jiao)少(shao)。線(xian)圈(quan)可(ke)以(yi)更(geng)大(da)，並(bing)且(qie)其(qi)電(dian)感(gan)可(ke)以(yi)更(geng)低(di)。

技術點評：無線充電發射器采用線圈電壓和電流以2kHz的速率調製，經過解碼並用於控製；接(jie)收(shou)器(qi)直(zhi)接(jie)向(xiang)發(fa)射(she)器(qi)發(fa)送(song)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)數(shu)據(ju)包(bao)
，以(yi)實(shi)現(xian)控(kong)製(zhi)和(he)信(xin)息(xi)傳(chuan)輸(shu)

，已(yi)達(da)到(dao)充(chong)電(dian)的(de)作(zuo)用(yong)
，在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)線(xian)圈(quan)的(de)設(she)計(ji)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)，直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)了(le)耗(hao)能(neng)的(de)大(da)小(xiao)。

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