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专用 IC 缓解无线电源控制挑战
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2022-11-28
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无线充电（也称为感应充电或无线电力）自从尼古拉特斯拉声称他已经发现了基本原理并且只需要一个有进取心的人就可以将这项技术商业化以来，就已经证明了它的前景。那是在 1921 年。从那时起，系统来来去去，但该行业并未真正着火。无线充电（也称为感应充电或无线电力）自从尼古拉特斯拉声称他已经发现了基本原理并且只需要一个有进取心的人就可以将这项技术商业化以来，就已经证明了它的前景。那是在 1921 年。从那时起，系统来来去去，但该行业并未真正着火。技术障碍、竞争标准和消费者不感兴趣一直是进展缓慢的罪魁祸首，但事情开始发生变化，分析师们对此感到兴奋。例如，咨询公司 IHS 预测无线充电市场将从 2013 年的 2.16 亿美元增长到 2018 年的 85 亿美元。这种乐观的原因之一是最近宣布两个以前相互竞争的标准机构正在联手共同推广该技术. 二是感应式和谐振式无线充电都在很大程度上克服了无线充电的技术挑战，并且都得到了广泛的半导体供应商的支持。技术障碍、竞争标准和消费者不感兴趣一直是进展缓慢的罪魁祸首，但事情开始发生变化，分析师们对此感到兴奋。例如，咨询公司 IHS 预测无线充电市场将从 2013 年的 2.16 亿美元增长到 2018 年的 85 亿美元。这种乐观的原因之一是最近宣布两个以前相互竞争的标准机构正在联手共同推广该技术. 二是感应式和谐振式无线充电都在很大程度上克服了无线充电的技术挑战，并且都得到了广泛的半导体供应商的支持。广泛部署的无线充电有可能增加消费者对电池补充的便利性，就像 Wi-Fi 对连接所做的一样。本文介绍了芯片制造商如何通过引入集成发射器和接收器设备，使设计人员更容易进入这个利润丰厚的领域，工程师可以以此为基础进行电路设计。广泛部署的无线充电有可能增加消费者对电池补充的便利性，就像 Wi-Fi 对连接所做的一样。本文介绍了芯片制造商如何通过引入集成发射器和接收器设备，使设计人员更容易进入这个利润丰厚的领域，工程师可以以此为基础进行电路设计。无线充电的基本原理无线充电的基本原理从根本上说，无线充电是使用感应将能量从发射器线圈传输到接收器线圈。发射器线圈产生振荡磁场，在接收器线圈中感应出交流电压，然后整流和调节以对电池充电。从根本上说，无线充电是使用感应将能量从发射器线圈传输到接收器线圈。发射器线圈产生振荡磁场，在接收器线圈中感应出交流电压，然后整流和调节以对电池充电。功率传输的效率取决于电感器之间的耦合 (k) 及其质量 (Q)。耦合由电感器之间的距离 (z) 和线圈直径的比率决定。耦合进一步由线圈的形状和它们之间的角度决定。功率传输的效率取决于电感器之间的耦合 (k) 及其质量 (Q)。耦合由电感器之间的距离 (z) 和线圈直径的比率决定。耦合进一步由线圈的形状和它们之间的角度决定。紧耦合系统——两个大小相似的线圈靠得很近，对齐和平行——效率更高，可以限制麻烦的电磁干扰 (EMI)（图 1）。更高的效率可以限制不需要的热量。松散耦合系统可用于难以限制线圈之间的间隙和/或匹配线圈尺寸的情况，但要在较低的效率和较高的 EMI 辐射之间进行权衡。耦合度由“耦合因子”决定，是衡量发射线圈产生的磁通量有多少被接收线圈捕获的量度。完美耦合（捕获所有通量）的耦合系数为 1。实际系统的耦合系数通常为 0.3 至 0.6。紧耦合系统——两个大小相似的线圈靠得很近，对齐和平行——效率更高，可以限制麻烦的电磁干扰 (EMI)（图 1）。更高的效率可以限制不需要的热量。松散耦合系统可用于难以限制线圈之间的间隙和/或匹配线圈尺寸的情况，但要在较低的效率和较高的 EMI 辐射之间进行权衡。耦合度由“耦合因子”决定，是衡量发射线圈产生的磁通量有多少被接收线圈捕获的量度。完美耦合（捕获所有通量）的耦合系数为 1。实际系统的耦合系数通常为 0.3 至 0.6。图 1：紧密耦合的无线充电器使用对齐良好、尺寸相似且非常接近的线圈，效率更高，同时产生的 EMI 问题更少。（图片由无线电力联盟提供）图 1：紧密耦合的无线充电器使用对齐良好、尺寸相似且非常接近的线圈，效率更高，同时产生的 EMI 问题更少。（图片由无线电力联盟提供）谐振耦合，即发射器和接收器线圈在谐振频率下运行，通常可以提高系统效率。直觉上，紧密耦合的线圈都在其谐振频率下运行应该产生最有效的系统。然而，情况并非如此，因为存在每个线圈可以维持谐振操作的最小距离。这个最小距离取决于线圈的尺寸和工作频率，但大于紧耦合系统的典型线圈间距。物理原理很复杂，但本质上，如果两个谐振线圈靠得太近，它们的磁场就会“崩溃”，电力传输就会停止。谐振耦合，即发射器和接收器线圈在谐振频率下运行，通常可以提高系统效率。直觉上，紧密耦合的线圈都在其谐振频率下运行应该产生最有效的系统。
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