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无线充电与可穿戴的系统框架及参考设计资料下载
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2021-04-19
打马过草原
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作者：Landa Culberson，贸泽电子
无线充电预计将迎来大爆发，未来四年到2018年有可能成长为85亿美元的市场。以前由于深陷于激烈竞争的标准和消费者的冷漠，无线充电市场迟迟没有大起色，但现在，随着可穿戴的出现和逐渐普及，无线充电获得了能够真正起飞的助力。不仅无线充电与可穿戴技术的双剑合璧本身就具备强大的吸引力，一些巨头公司如谷歌、微软和苹果，也将具备无线充电功能的智能手表带入了可穿戴市场，这也培育了2014年中期仍然不曾听到过无线充电技术的消费者，让他们知道了无线充电技术的概念和价值。然而，截至2018年，可穿戴设备仅占据无线充电市场的冰山一角。无线充电的真正机会大部分还寄托在手机、平板和其它应用上。本文重点介绍一些目前已经面市的新产品，它们带无线充电技术 ，覆盖可穿戴、车载设备以及两者之间的应用。
图1摩托360智能手表使用无线充电底座来充电。 （来源：）
1.无线充电与可穿戴完美融合
无线充电牵涉到使交流电通过发射器线圈（在充电底座内），从而产生磁场，磁场感应引起附近的接收器线圈生成电压（在移动设备中），这些电压然后用于该设备的电池充电。相较于USB充电或插入墙壁适配器充电，由于在能量转换过程中的损失，无线充电的效率较低，充电需要更长时间，因此需要为它适配高效的外壳。
无线充电类可穿戴设计的外壳是很坚固的。因为可穿戴设备需要在身上穿戴一段较长时间，外形必须不显眼——小，重量轻，薄，体积不大。因此，只有非常小的区域可分配给电池和相关电路。简单的可穿戴设备，比如健身追踪器，使用的小型电池可以工作长达一个星期而无需充电，但目前的趋势是可穿戴设备的功能越发强大，比如市场上的新贵智能手表。
这些智能手表具备一些高功耗的特性，如全彩色触摸屏，电话和短信，更为强大的健身追踪能力，因此即便使用目前最高效的锂离子（Li-Ion）电池和锂聚合物（锂聚合物）电池技术，这些智能手表的续航表现也非常差。从目前产品的评测来看，大多数智能手表一至两天就必须再次充电，有些甚至不到一天，后者包括定于2015年早期发售的苹果手表。经常性的充电需要比接插式更简便的充电方式。
加入无线充电，智能手表的电池在充电时，只需要将其放置在底座上，或者是像苹果手表一样，搅合到手表后背的一个小圆形磁化连接。相对来说，为智能手表和其它可穿戴设备的小电池无线充电时间较短（约一小时即从空到完全充满），要比手机以及其它较大移动设备的大容量电池无线充电时等待时间的容忍程度要强一些。除了增加便利性以及合理的充电时间，无线充电还允许可穿戴设备完全密封或防水，这对车身电子是一个非常具备吸引力的保护特性。
图2典型的系统框架图，其中bq5105x用作锂离子/锂聚合物电池的无线充电器。配套的bq500210是发射端控制器，bq5105x能够为直接电池充电器解决方案提供完整的无线电源传输系统。
德州仪器丰富的电源管理产品组合同时包括面向可穿戴的无线和非无线（插件）解决方案。事实上，最近推出的摩托罗拉360智能手表（见图1），在谷歌Android Wear设备中最先提供无线充电特性，使用bq51051B无线电源接收器解决方案，符合无线充电联盟Qi标准的互操作性。因此，尽管也自带充电底座，摩托360也可用于其它任何兼容Qi的充电底座。bq51051B集成度高，将几个最重要的接收器端元件，包括整流器、无线电源接收器和电池充电器，封装在一个很小的一体包装中。对于非无线充电可穿戴设备，TI提供了新款bq2510x，是单体锂离子和锂聚合物电池充电器IC，可以使用USB输入或者低成本墙上适配器获取的未稳压电源来对电池充电。
沃思电子拥有全系列无线电源充电线圈，并且是市场上唯一同时拥有发射线圈和接收线圈的制造商。加入的新款产品，760308100110和760308100111，都是圆形底座板型无线发射器充电线圈。这些线圈兼容Qi-标准，非常适用于圆型“腕带式”应用的充电底座，比如用于智能手表中。760308100110和760308100111分别针对A10和A11Qi发射器设计。
2.车载应用
电动汽车无线充电还处于初期阶段，未来两到三年大多数解决方案还处于试点状态。但是，目前用于车辆控制台的无线充电解决方案已经出现。其中一个案例是飞思卡尔面向汽车应用的WCT-5WTXAUTO无线充电参考设计，它基于飞思卡尔高集成、兼容Qi的WCT100xA无线电源传输控制器，针对5W线圈拓扑。多线圈参考设计完全兼容Qi，传输效率大于65％，并考虑了车辆环境下无线充电器实现时的独特挑战，如视运行状况不同从标称12 VDC的汽车电池中处理大幅变化的输入电压（6 - 14V）。
图3：飞思卡尔用于汽车应用的多线圈无线充电参考设计框图。
该设计还减少了谐波发射，以减轻对汽车系统的干扰，同时满足汽车行业EMC标准，支持异物检测以提醒垃圾挡道，并允许控制台上的充电设备自由摆放。
3.智能手机、平板以及其它一些应用
目前已经出现一大堆更常见的无线充电应用产品，包括智能电话、平板等。
最新的无线电源接收器包括松下的AN32258A-PR和IDT的IDTP9025A。两者都兼容Qi，并为移动应用提供超紧凑解决方案。IDTP9025A集成了高效率同步全桥整流，而AN3225A-PR提供了对外部全桥同步整流的控制。两者还带异物检测和5V稳压输出功能，后者用于为电池充电的电源电路。
图4：兼容Qi的无线电源系统，用于松下公司的AN32258A和NN32251A。
对于公众用途的无线充电站，可再次考虑飞思卡尔的WCT100xA兼容Qi的无线电源传输控制器。常见的5W单线圈Qi应用型无线充电器参考设计可以考虑WCT-5W1COILTX，它使用WCT100xA来管理和执行所有发射器控制功能，其传输效率超过75％。
如果需要兼容WPC标准的无线充电发射器线圈，可以关注Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。 24 uH容、6A的线圈具有高渗透性屏蔽以引导磁场指向耦合区，可以最大限度地提高效率和避免干扰问题，而且复合材料使用高饱和铁粉，以使线圈不受任何可能使用的永久磁铁定位的影响。
(mbbeetchina)
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