WirelesschargingStudy

1、WirelessWireless Charging Study Charging StudyCONTENTS:CONTENTS:【1 1】Wireless chargingWireless charging 1.业界无线充电技术分类 2. 主流无线充电技术优缺点及相关联盟成员【2 2】電磁感應電磁感應充电技术充电技术 1.基本工作原理 2. 典型的电磁感应电源系统架构【3 3】拓扑结构拓扑结构 1.主流的驱动结构及各自的优缺点 2. 拓扑结构电路分析 3. 谐振正弦波电路【4 4】通信方式通信方式 通信原理 通信的主要四个阶段【5 5】Wireless Wireless 方案选定方案选定TIT

2、I TX :bq500410A RX：bq51013b【6 6】效率测量对比效率测量对比【7 7】LCLC料件选择问题料件选择问题【8 8】IC IC 厂商方案厂商方案無線充電技術可分為磁耦共振、電磁感應、鐳射光感應、微電波轉換、電壓效應、電導式.等，前四項為現階段主要發展技術，以電磁感應較為成熟。無線充電技術主要有四大技術主流无线充电技术优缺点及相关联盟成员Intel于于2013/6/20以董事身份加入以董事身份加入Media Tek联发科联发科，戴爾，戴爾微软微软CES中发布最新的参考设计与样品中发布最新的参考设计与样品最新的PMA联盟PMA是Power Matter Alliance 的

3、缩写,PMA标准是由Duracell Powermat 公司发起的,由宝洁无线充电技术公司与Powermat公司共同经营。PMA的成员包含了实力强大的AT&T、google、星巴克、金霸王、AT&T、中兴、黑莓 。最近则又有几位大牌加盟，分别是HTC、华为、LG、三星。PMA标准同样采用的是最主流的电磁感应技术电磁感应技术。目前已經與A4WP 組成聯盟，技術共享，對抗Qi聯盟最新的iNPOFi智能无辐射iNPOFi单芯片无线充电单芯片无线充电效率超效率超90% 减少减少90%PCB面积面积2013年6月，硅展科技在广州“2013年天翼手机交易会”展示了“iNPOFi智能无辐射”技术SSL100

4、1、SSL1006系列无线充电发送器和接收器集成电路(IC)，其在单芯片上集成发送器与支持组件，与现有解决方案相比可将发送器和接收器面积和BOM（材料清单）减少90%以上，同时iNPOFi智能无辐射充电技术” 简化能量传输过程，直接“电电”一次能量转化即实现充电过程中电源传输效率超过90%，温升小于2 。電磁感應充电技术根据法拉第电磁感应定律：变化的电流流过线圈会产生变化的磁场，而未通电的线圈靠近变化的磁场就会产生电流。无线充电就是应用了这种称为“电磁感应”的物理现象。电的传输是通过共享磁场。TX&RX放置位置的解决方案三种方案可移动式线圈 多线圈选择式磁铁吸引式线圈原理控制伺服马达移动线圈位

5、置，达到两个线圈高度重合TX多个线圈构成线圈阵，激活与接收线圈重合面积最大的线圈线圈中心放置磁铁，利用磁铁吸合达到定位优点效率最高可靠性高、效率高效率高、成本较低缺点控制复杂，成本太高线圈占用面积大成本适中N/A代表厂商松下、三洋Maxell、Energizerfulton典型的电磁感应电源系统架构主流的驱动结构及各自的优缺点Tx發射端驅動電路架構分類：a.半桥驱动半桥驱动-推动电容线圈推动电容线圈优点：优点：零件使用最少，电路最简单零件使用最少，电路最简单缺点：缺点：一组开关电路推动电容和线圈产生谐振。一组开关电路推动电容和线圈产生谐振。b.半桥驱动半桥驱动-推动推动线圈接上下端线圈接上下端

6、电容电容优点：优点：推出较小交越失真的正弦波推出较小交越失真的正弦波缺点：缺点：Cost偏高，需两个耐高压谐振电容偏高，需两个耐高压谐振电容c.全桥驱动全桥驱动-推动推动线圈与线圈与电容两端电容两端优点：优点：驱动能力强驱动能力强缺点：缺点：Cost较高，电路构架复杂较高，电路构架复杂主流的驱动结构及各自的优缺点Rx接收線圈電路架構:a.电磁感应接收电磁感应接收优点优点：电路结构简单、不需要调整匹配：电路结构简单、不需要调整匹配缺点缺点：有效距离短、效率差有效距离短、效率差b.共振（并联谐振）接收共振（并联谐振）接收优点优点：有效距离长、接收電壓高、：有效距离长、接收電壓高、 低功率下效率較高

7、低功率下效率較高缺点缺点：感应电流小：感应电流小c.共振（串联谐振）接收共振（串联谐振）接收优点优点：电流大、高功率下效率較高：电流大、高功率下效率較高缺点缺点：有效距离短、接收電壓低有效距离短、接收電壓低拓扑结构电路分析这个电路主要实现DCAC的转化这种结构的电路称之为电压型单相半桥逆变电路。开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏、半周反偏,即duty为50%。简化结构图T1 时刻V1导通时，电流从电源正极-V1-RL负载-C2-电源负极构成回路，负载两端左边为正，右边为负； Vo电压上升，Io电流上升T1T1时刻H-GIOL-GVo=6V VAT2T2 时刻V1关断， VD2

8、导通,由于电感中电流io 不能立即向，于是V2&VD2导通续流此时Vo电压继续上升到最高点，到io 降为零时。T2时刻H-GIOL-GVo=6V VAT3 时刻, V2开通，io 开始反向。Vo电压开始降低。T3T3时刻H-GIOL-GVo=6V VAT4 时刻V2关断，由于电感中电流i0 不能立即反向，且能量很大，通过V1导通，Vo电压继续降低，直到io 降为零。之后重复T1T4过程。T4T4时刻H-GIOL-GVo=6V VAC1&C2作用：1.谐振电容 2.轮流充放电，维持电压平衡 3.暂存能量iUi+LruCCrrrrrirrrddddLCCLituCUutiL谐振正弦波形成过程谐振过

9、程定量分析谐振过程定量分析 求上边的两个微分方式，可得uCr的表达式：)(sinin)(cos)()(sin)(cosinin)(0r00r00r00rrrttZVVttItittZrIttVVVturCrLrLrLrCC）（式中式中 是谐振角频率，是谐振角频率， ，谐振频率，谐振频率 是谐振电感和谐振电容的特征阻抗，rrrCL1rrrCLf212rrrZrrCLZr00tLrLrII）（00tCrCVrV）（假设在假设在ToTo时刻时刻RX coilRX coilTX coilTX coilCOMM2COMM2COMM1COMM1COMM+COMM+通信硬件示意图无线充电无线充电采用采用反向

10、散射调制原理反向散射调制原理：接收端通过Comm电容周期变化影响接收电感的变化，通过耦合效应影响到到发射电感的变化，这种变化被接收端的COMM接收并解析到，让接收端的控制器改变DPWM频率，从而改变发射电感的电压幅度 RX IC RX IC 内部内部RX ICRX IC 内部有内部有T Tclk 2K 2K晶振，作为基准，周期为晶振，作为基准，周期为0.5ms0.5ms当当Comm_DriverComm_Driver发出发出01010011 01010011 特定意义的编码时特定意义的编码时, ,此时的此时的COMM1&COMM2 pin COMM1&COMM2 pin 同样得到一样的同样得到

11、一样的High & Low High & Low 变化变化, ,通过通过Comm Comm 与与ACAC之间的之间的C C，RXRX线圈也感应到这样的变化线圈也感应到这样的变化0.5ms0.25ms0.25msRX 通信发射方式CH1:TP6(voltage of TX coil ) CH2:COMM+ CH3:TP11(voltage of RX coil )CH4:COMM2Voltage of TX coil 有高低起伏的波动有高低起伏的波动Power transfer phasesPower transfer phases RX放在TX上充电时waveform 通信数据分析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选择analog switch TP6DriveCoil1.3选择Coil1.2选择RXRX : bq51013bACDC