在(zai)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)中(zhong)簡(jian)單(dan)分(fen)成(cheng)供(gong)電(dian)端(duan)與(yu)受(shou)電(dian)端(duan)
，供(gong)電(dian)端(duan)為(wei)電(dian)力(li)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)磁(ci)波(bo)能(neng)量(liang)發(fa)送(song)，而(er)受(shou)電(dian)端(duan)接(jie)收(shou)其(qi)電(dian)磁(ci)波(bo)能(neng)量(liang)後(hou)，進(jin)行(xing)電(dian)性(xing)轉(zhuan)換(huan)，將(jiang)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)到(dao)後(hou)端(duan)提(ti)供(gong)給(gei)受(shou)電(dian)裝(zhuang)置(zhi)充(chong)電(dian)或(huo)運(yun)行(xing)使(shi)用(yong)。

 

 

zaidianciganyingshiwuxiandianlixitongzhong，yushoudianduansuoxunengliangdaxiaohuokaiqihuoguanbichongdiangongnenghuisuishoudianzhuangzhishiyongzhuangkuangergaibian。duiyingqigongdianduanxianquanshangkeyitouguobutongtiaojienengliangdaxiaozhishejijinxingfasongnengliangyijinxingdapei。youyushoudianduanyugongdianduanbingmeiyoushitilianjie
，dangongnengshanggongdianduanyouxuyaodezhishoudianduanzhuangtaiyicongshigonglvtiaojie，yinciweiwanchengshoudianduanchuansongkongzhixunhaodaogongdianduanzaijingjiexihoujinxingkongzhixingchengyigekongzhihuilu，wuxiantongxunchengweiwuxianchongdianxitongbibeizhigongneng。

 

電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)式(shi)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)架(jia)構(gou)為(wei)供(gong)電(dian)端(duan)發(fa)射(she)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)即(ji)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)
，受(shou)電(dian)端(duan)在(zai)接(jie)收(shou)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)，也(ye)對(dui)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)進(jin)行(xing)調(tiao)製(zhi)，將(jiang)其(qi)編(bian)碼(ma)後(hou)的(de)通(tong)訊(xun)資(zi)料(liao)反(fan)射(she)到(dao)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)之(zhi)中(zhong)，供(gong)電(dian)端(duan)再(zai)從(cong)供(gong)電(dian)線(xian)圈(quan)上(shang)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)解(jie)析(xi)出(chu)通(tong)訊(xun)資(zi)料(liao)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，此(ci)技(ji)術(shu)為(wei)業(ye)界(jie)目(mu)普(pu)遍(bian)產(chan)品(pin)運(yun)作(zuo)原(yuan)理(li)
，市(shi)麵(mian)上(shang)眾(zhong)多(duo)的(de)Qi係列產品即使用此方式。

 

受shou電dian端duan將jiang通tong訊xun資zi料liao調tiao製zhi到dao供gong電dian線xian圈quan上shang載zai波bo訊xun號hao中zhong
，最zui大da的de優you點dian在zai於yu成cheng本ben，此ci方fang式shi毋wu須xu額e外wai的de通tong訊xun模mo組zu且qie在zai實shi作zuo通tong訊xun隻zhi須xu從cong受shou電dian端duan傳chuan送song到dao供gong電dian端duan，是shi單dan向xiang傳chuan送song即ji可ke完wan成cheng大da部bu分fen功gong能neng需xu求qiu，而er最zui大da的de缺que點dian在zai於yu影ying響xiang供gong電dian線xian圈quan上shang載zai波bo訊xun號hao狀zhuang態tai
，主zhu要yao為wei受shou電dian端duan上shang負fu載zai與yu感gan應ying諧xie振zhen因yin素su。

 

本文專門研討在無線充電供電與受電線圈之間通訊調製與解調之技術，礙於篇幅有限，關於無線充電其他原理就不再詳細說明。

 

 

有別於一般專門為通訊設計使用的天線，無線充電是以電力傳送為主要目標的線圈設計後，再因功能需求在其上進行通訊功能開發。

 

在電磁感應式無線充電中供電線圈上訊號的特性為：頻率偏低並且不固定
、訊號高電壓並具有電流驅動力
，而此兩種特性都不利於通訊方麵的用途。

 

電磁感應式所使用的頻率約在100∼300kHz之zhi間jian，相xiang對dui於yu其qi他ta通tong訊xun技ji術shu該gai頻pin率lv是shi非fei常chang低di的de，調tiao製zhi資zi料liao鮑bao率lv為wei求qiu可ke靠kao，通tong常chang要yao遠yuan低di於yu主zhu載zai波bo頻pin率lv
，加jia上shang本ben通tong訊xun技ji術shu之zhi載zai波bo隻zhi為wei供gong電dian端duan提ti供gong頻pin率lv，受shou電dian端duan隻zhi能neng透tou過guo振zhen幅fu調tiao變bian(AM)jinxingtiaozhi，zaijiashangdianlichuansongbenshengonglvdaxiaoshitouguogaibianpinlvfangshi
，jinertiaojiexianquanshangxiezhenzhizhenfuwanchengtigaohuojiangdigonglvshuchuzhigongneng，suoyizhuzaibopinlvbugudingzaijiashangzhenfubiandongdadezhuangkuangxia，qigongdianduanxunhaojiexisuoxulvboqideshejibiandekunnan。

 

另外，要在供電線圈上提高功率
，線圈電壓須推到100V以yi上shang，且qie線xian圈quan上shang的de電dian流liu具ju有you相xiang當dang大da的de電dian流liu推tui力li，才cai能neng將jiang能neng量liang推tui送song到dao受shou電dian端duan線xian圈quan上shang
，因yin為wei供gong電dian線xian圈quan上shang增zeng加jia功gong率lv後hou提ti高gao電dian壓ya與yu大da電dian流liu的de狀zhuang況kuang下xia，受shou電dian端duan要yao在zai其qi上shang再zai調tiao製zhi訊xun號hao困kun難nan度du也ye提ti高gao，在zai調tiao製zhi原yuan理li來lai看kan受shou電dian端duan須xu改gai變bian受shou電dian線xian圈quan上shang的de阻zu抗kang進jin行xing反fan射she到dao供gong電dian線xian圈quan上shang影ying響xiang其qi訊xun號hao振zhen幅fu，阻zu抗kang改gai變bian越yue大da，反fan射she後hou的de振zhen幅fu改gai變bian越yue大da
，其qi訊xun號hao也ye越yue容rong易yi辨bian識shi。

 

danshizuoshangbingfeirucilixiang，weiletigaogonglvzhisongdianxiaolv，gongdianxianquanshiyongdizukangdaoxianyudidianganliangpeizhi，zaiqixianquanshangdianliuqudonglixiangdangqiangjin，jishishoudianduanfuzaigaibian，yirannengtigongxiangdangdexunhaozhenfuyiweichituili，cishedingzaochengshoudianduanyaozaizaiboshangjinxingxunhaotiaozhibiandegengkunnan，yejiushiguangkaogaibianxianquanshangdezukangwufayouxiaofanshedaogongdianxianquanshangdezaiboxingchengmingxiangaibian，zaibozhenfushangdetiaozhishendubuzu，qixunhaojiexibiandekunnan。

 

zaizhe，gongdianxianquanshangdexunhaobenshendaiyouhendazaxun
，zaxunlaiyuanxiangdangfuza，qizhuyaoweigongdianduanbenshenxiezhenzhixunhaodoudongwai，haiyoushoudianduanfuzaifanyingsuozaocheng
，suoyifanshedaogongdianxianquantiaozhixunhaoxuyuandayuqizaxun，caiyoukenengbeijiexihoujinxingjiema。zaicishuomingshoudianduantiaozhixunhaoyugongdianduanjietiaoxunhaoliangfangmiandouyoujishutiaozhanxukefu，shoudianduanxuchanshengmingquedetiaozhixunhao

；供電端也須有能力在線圈高電壓諧振訊號中取出解調方法。

 

 

qianshusuotiyaodadaocongshoudianduanxianquanfanshetongxunziliaodaogongdianxianquan
，xutouguotiaozhijishugaibianshoudianxianquanshangdezukangfangnengwancheng
，ergaibiantiaozukangdefangfazaiguoqudechangshizhong
，weicaiyongkaiguanyuanjianwaijiafuzaiyutiaozhiqijianjiadaqixianquanshangdefuzaixiaoyingyongyufanshe。

 

這(zhe)樣(yang)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)功(gong)率(lv)加(jia)大(da)後(hou)會(hui)遇(yu)到(dao)瓶(ping)頸(jing)，當(dang)受(shou)電(dian)端(duan)後(hou)端(duan)負(fu)載(zai)很(hen)大(da)的(de)狀(zhuang)況(kuang)下(xia)其(qi)受(shou)電(dian)線(xian)圈(quan)等(deng)效(xiao)負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)已(yi)經(jing)很(hen)低(di)
，若(ruo)為(wei)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)再(zai)加(jia)大(da)負(fu)載(zai)其(qi)接(jie)近(jin)於(yu)將(jiang)線(xian)圈(quan)短(duan)路(lu)，如(ru)此(ci)操(cao)作(zuo)會(hui)增(zeng)加(jia)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)與(yu)易(yi)燒(shao)毀(hui)元(yuan)件(jian)的(de)問(wen)題(ti)，再(zai)者(zhe)此(ci)方(fang)式(shi)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)於(yu)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)同(tong)時(shi)加(jia)以(yi)負(fu)載(zai)的(de)方(fang)式(shi)等(deng)於(yu)與(yu)供(gong)電(dian)端(duan)硬(ying)碰(peng)硬(ying)，強(qiang)力(li)反(fan)射(she)到(dao)供(gong)電(dian)圈(quan)的(de)訊(xun)號(hao)在(zai)大(da)功(gong)率(lv)下(xia)調(tiao)製(zhi)深(shen)度(du)也(ye)不(bu)容(rong)易(yi)提(ti)高(gao)。

 

在zai此ci提ti出chu一yi個ge改gai良liang式shi的de調tiao製zhi方fang法fa
，其qi有you兩liang個ge重zhong點dian。其qi一yi為wei調tiao製zhi訊xun號hao並bing非fei單dan在zai線xian圈quan上shang加jia重zhong負fu載zai，調tiao製zhi的de目mu標biao在zai於yu線xian圈quan阻zu抗kang的de改gai變bian

，所suo以yi反fan向xiang降jiang低di線xian圈quan阻zu抗kang也ye是shi可ke以yi達da到dao調tiao製zhi之zhi目mu的de。其qi二er為wei調tiao製zhi訊xun號hao並bing非fei一yi定ding要yao同tong時shi同tong線xian圈quan兩liang端duan進jin行xing調tiao製zhi，可ke在zai線xian圈quan兩liang端duan進jin行xing交jiao替ti式shi的de調tiao製zhi，使shi其qi受shou電dian端duan反fan射she訊xun號hao到dao供gong電dian端duan線xian圈quan上shang的de諧xie振zhen進jin行xing交jiao替ti互hu動dong，避bi免mian在zai大da功gong率lv下xia硬ying碰peng調tiao製zhi的de技ji術shu

，可ke以yi有you效xiao加jia大da調tiao製zhi深shen度du。

 

參考圖1為一實作電路圖，接收線圈(Coil)感應到電磁能量串接C1諧振電容連接到後端整流電路
，其端點S1與S2為反相訊號
，實作上從整流器看S1與S2為交替拉扯電壓訊號，在有負載的狀況下S1與S2波型接近於反相方波。而整流器設計為全橋式結構與傳統四個二極體整流器略有些不同，其上端維持D1與D2兩個二極體當S1與S2為高電位時將電流帶往高端
，而下端有別於一般整流器改成兩個開關元件，其動作為當S1或S2為低電位時

，其連接的開關元件Q13或Q23為導通狀態
，使後端負載之接地電流可通往線圈。

 

圖1　受電端模組

 

以下整流器動作原理舉其中一端進行說明，兩端為對稱結構故為反相運作。當S1由高電位切到低電位，反之S2會從低電位切到高電位，此時動作應該Q13要進入導通，另外Q23要開路，在過去常識中此電路稱為半橋同步整流
，Q13與Q23互相透過對相訊號進行開關。

 

圖1中為改良電路能提高其切換性能，以Q12與Q22簡易搭配出加速電路。以Q12來說明，當S1為高電位時Q12會進入導通而上端S12會被下拉到低電位，而R121會消耗掉一些電流，但因為阻值大所以損耗不多。

 

當S1準備切到低電位時Q12會切到開入，此時說明一個概念，其開關電路的閘極端可視為一個電容，在切換的瞬間會有充放電時間，而采用MOSFETzuoweikaiguanyuanjianhuiyouyigetexing，bianshinengchengshoudadianliuyudianya，gaizhajiduandedianrongjiuhuida，daibiaoqiehuansuduman，fanzhisudukuaideyuanjianwufachengshoudadianliuyudianya
，zaicijuliweiyibanjiaweidelingjianjunjiejincitexing。

 

在圖1中Q13與Q23為高電流元件速度慢
，另外搭配Q12與Q22為低電流高速元件，動作為S1切到低電位的瞬間
，Q12閘極端電壓會透過D122快速釋放Q12就會快速開路後，此時S2也將切到高電位
，其S12電壓透過R121進行充電，而S12充電後使Q13進入導通
，此段動作為一連貫動作。

 

另外，說明當S2切入低電位時
，Q13閘極端電容之電壓會透過D121快速釋放使Q13加速進入開路之狀況，所以此區動作之原理為R121與R122是作為切入高電位時對閘極端充電導通用

；而D121與D122為切入低電位時
，用來快速釋放閘極端電容之電壓加速開路，而Q12之動作類似蹺蹺板用來切換方向所使用。

 

另外，Q131是用來暫停Q13導通所使用，Q131連接RX-U1進行控製，其從U1控製輸入高電位，就以Q131導通效果，為使S12保持在低電位。

 

參考圖2其W6_3為線圈訊號、W6_2為S12即Q13之閘極端訊號
、W6_1為Q131閘極端訊號
，當RX-U1輸出高電位到Q131便會使該區段S12訊號維持在低電位
，造成整流器在該區段不發生導通狀況，用意在於暫停整流動作。

 

圖2　受電端線圈訊號、整流開關訊號與調製訊號

 

呼hu應ying前qian段duan所suo述shu，在zai調tiao製zhi技ji術shu中zhong改gai變bian線xian圈quan阻zu抗kang
，在zai後hou端duan輸shu出chu有you負fu載zai的de狀zhuang況kuang下xia透tou過guo暫zan停ting整zheng流liu
，即ji可ke降jiang低di受shou電dian線xian圈quan上shang的de阻zu抗kang
，但dan此ci方fang式shi須xu於yu後hou端duan有you負fu載zai的de狀zhuang況kuang下xia才cai能neng起qi作zuo用yong
，當dang後hou端duan為wei空kong載zai的de狀zhuang況kuang下xia暫zan停ting整zheng流liu，並bing不bu會hui改gai變bian線xian圈quan上shang的de阻zu抗kang。

 

所以另外要設計在空載下調製訊號的方法，加入R5、R6做zuo為wei空kong載zai下xia的de訊xun號hao調tiao製zhi用yong，其qi分fen別bie從cong線xian圈quan兩liang端duan進jin行xing負fu載zai調tiao製zhi，由you於yu是shi交jiao替ti運yun作zuo，所suo以yi兩liang個ge電dian阻zu采cai用yong不bu同tong阻zu值zhi

，以yi對dui應ying在zai不bu同tong的de負fu載zai狀zhuang況kuang下xia產chan生sheng差cha別bie的de調tiao製zhi強qiang度du。因yin此ci整zheng個ge調tiao製zhi技ji術shu簡jian單dan說shuo明ming為wei當dang後hou端duan為wei空kong載zai或huo輕qing負fu載zai時shi，就jiu由youR5
、R6擔任於調製期間加重受電線圈阻抗之工作，當後端輸出負載加重
，其阻抗小於R5

、R6後，其調製作用將會喪失，所以透過暫停整流器運作的方式
，以短暫降低受電線圈上的阻抗來產生調製效果。

 

參照圖3錯動式訊號圖
，W7_3為受電線圈訊號、W7_1與W7_2分別為P04與P11訊號、W7_4為S1訊號，其與W7_3不同在於通過一個C1電容之諧振效果後取得較強電流推力
，其波形也會接近方波訊號；W7_5與W7_6分別為S12與S22訊號
，從圖3中可看到設計中的調製訊號從線圈兩端分別進行調製，並分成調製單端、解除調製
、調製另一單端後再解除調製完成
，此設計的用意在於對受電線圈接收電力影響最小的情況下，產生最大調製訊號。

 

圖3　錯動式調製訊號圖

 

中功率供電端改良方法：高線圈電壓解調技術

前(qian)段(duan)所(suo)提(ti)為(wei)在(zai)受(shou)電(dian)端(duan)采(cai)行(xing)之(zhi)調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)
，用(yong)意(yi)在(zai)受(shou)電(dian)端(duan)與(yu)供(gong)電(dian)端(duan)線(xian)圈(quan)感(gan)應(ying)後(hou)，反(fan)射(she)最(zui)大(da)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)與(yu)最(zui)不(bu)幹(gan)擾(rao)電(dian)力(li)之(zhi)傳(chuan)送(song)
，其(qi)訊(xun)號(hao)反(fan)射(she)到(dao)供(gong)電(dian)線(xian)圈(quan)後(hou)在(zai)其(qi)上(shang)產(chan)生(sheng)振(zhen)幅(fu)波(bo)動(dong)。此(ci)段(duan)所(suo)介(jie)紹(shao)的(de)是(shi)，如(ru)何(he)將(jiang)該(gai)波(bo)動(dong)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)能(neng)讓(rang)供(gong)電(dian)端(duan)主(zhu)控(kong)IC進行解碼之訊號。

 

參考圖4供電端模組方塊圖，此範例為在一個直流24伏特(V)供電驅動之供電端架構，開關驅動元件U4
、U5為全橋驅動線圈與諧振電容C1，理想狀況下線圈與C1中zhong間jian應ying為wei正zheng弦xian波bo訊xun號hao
，但dan因yin為wei求qiu效xiao率lv，其qi線xian圈quan與yu電dian容rong采cai用yong低di阻zu抗kang元yuan件jian配pei置zhi
，所suo以yi於yu開kai關guan訊xun號hao切qie換huan瞬shun間jian為wei直zhi拉la型xing的de電dian壓ya切qie換huan訊xun號hao，而er該gai訊xun號hao為wei非fei諧xie振zhen成cheng分fen
，因yin此ci在zai第di一yi道dao處chu理li為wei去qu除chu驅qu動dong電dian壓ya成cheng分fen取qu出chu純chun諧xie振zhen訊xun號hao。

 

圖4　供電端模組

 

在圖4中由兩個運算放大器OPA1、OPA2構成兩個差動放大電路
，其OPA1動作為由R608與R609進行分壓驅動電源作為差動參考點；另外，由R610與R605對線圈諧振訊號進行分壓作為放大訊號輸入，在此有一配置為R608、R609與R610、R605之分壓比例皆為50比1，其用意在於取出與電源驅動電壓與諧振訊號中開關電壓失真相等後，透過差動放大出諧振訊號高於電源驅動電之成分進行放大。

 

放大後輸出分成兩路
，其一為經由D701後與R703、R704、C704構成簡單檢波電路取出訊號之有效直流電壓，參考圖5該電壓為V_dc訊號。

 

圖5　供電線圈訊號波峰取樣放大

 

另外一路由D603透過分壓電阻R603、R604後輸入到OPA2作為差動放大輸入端
，其訊號為圖5中之V_hw訊號再經OPA2放大後輸出為V_hwa訊號
，D603、D701用來控製V_dc與V_hw有相同的壓降，而R603、R604
、R703、R704用來設定分壓比例使得V_dc能保持在略低於V_hw之訊號，確保OPA2可以隻放大波峰中高低變化之部分。

 

OPA2輸出訊號再傳送到D601、R612、C612為一檢波電路

，參考圖6中經過D601訊號為V_env該訊號為波峰訊號之檢波結果，但該訊號之直流穩態非固定值

，所以在透過C613、R614、R615構成之去交連耦合電路得到之波形為V_trig，而該波型最後傳到TX-U1進行解碼處理
，在圖6中能看到原供電線圈上之訊號V_coil轉換到V_trig之差異。

 

圖6　供電線圈訊號檢波與交連耦合

 

另外
，在參考圖7中，V_coil上有間距不等的觸發訊號，經由設計解調電路V_trig解析出清楚觸發訊號，而TX_U1在接收此連續觸發訊號組合進行解碼之動作。

 

圖7　供電線圈訊號與取出觸發訊號波形

 

圖8zhongduiyingcongshoudianduantiaozhixunhaodaogongdianduanjietiaoxunhaozhiduiying
，qizhongnengkanchutiaozhixunhaoshijianhenduan
，quekezaigongdianduanshangjietiaochuxiangdangdayuqingchuzhichufaxunhao，ciweibenwensuojieshaoxinxingxunhaotiaozhiyujietiaofangfazhimude，zaizuixiaodetiaozhixiawanchengzuidadexunhaojietiao，cishejinengyouxiaodewanchengzaizhonggonglvdianciganyingshiwuxianchongdianzhongtouguoxianquanchuandikongzhiziliao。

 

圖8　受電端調製訊號對應到供電端解調訊號