基于无线充电WPC标准的分析以及低功耗的特性

引言

无线充电技术在消费类市场表现出巨大的潜力。在不使用连线的情况下给电子设备充电不但可为便携式设备用户提供一种便利的解决方案，而且还让广大设计人员能够寻找到更具创新性的问题解决方法。许多电池供电型便携式设备均能受益于这种技术，从手机到电动汽车不一而足。

电感耦合方法可以实现高效和通用的无线充电。为了便于使用并且让设计人员和消费者都受益，无线充电联盟 （WPC） 制定出了一种标准。在供电设备（电力发射器，充电站）和用电设备（电力接收器，便携式设备）之间创建了互操作性。WPC 成立于 2008 年，由亚洲、欧洲和美国的各行业公司组成，其中包括电子设备制造厂商和原始设备制造商 （OEM）。WPC 标准定义了电感耦合（线圈结构）的类型，以及低功耗无线设备所用的通信协议。在这种标准下工作的任何设备都可以与任何其他 WPC 兼容设备配对。这种方法的一个重要的好处是其利用这些线圈来实现电力发送器和电力接收器之间的通信。典型的应用图，请参见图 1。

1  无线充电 WPC 标准

WPC 标准下，无线传输的“低功耗”就是说功耗仅为 0～5W。达到这一标准范围的系统在两个平面线圈之间使用电感耦合来将电力从电力发送器传输给电力接收器。两个线圈之间的距离一般为 5mm。输出电压调节由一个全局数字控制环路负责，这时电力接收器会与电力发送器通信，并要求或多或少的功耗。该通信是一种通过反向散射调制从电力接收器到电力发送器的单向通信。在反向散射调制中，电力接收器线圈受到负载，从而改变电力发送器的电流消耗。我们对这些电流变化进行监控，并解调成两个设备协同工作所需的信息。

WPC 标准定义了系统的三个主要方面——提供电力的电力发送器、使用电力的电力接收器以及这两种设备之间的通信协议。下面，我们将详细介绍这三个方面。

2  电力发送器

电力传输方向始终是从电力发送器到电力接收器。电力发送器的关键电路是用于向电力接收器传输电力的一次线圈、驱动一次线圈的控制单元以及解调一次线圈电压或者电流的通信电路。我们对电力发送器设计的灵活性进行了限制，旨在向电力接收器提供一致的电力和电压电平。

电力接收器将自己作为电力发送器的一个兼容设备，同时也提供配置信息。一旦发射器开始电力传输，电力接收器就向电力发送器发送一些误差数据包，从而要求或多或少的电力。一旦接收到一个“终止电力”消息，或者如果 1.25 秒以上都没有接收到数据包，则电力发送器停止供电。没有电力传输时，电力发送器则进入低功耗待机模式。

WPC 规范允许使用固定和移动配置。单个固定线圈（称作类型 A1）为 TI 支持的解决方案。

电力发送器（其通常为一个平面用户将电力接收器放置在上面）连接至电源。符合 WPC 标准的设备线圈起到了一个 50% 占空比谐振半桥的作用，其输入为19-VDC（±1 V）。如果电力接收器需要或多或少的功率，则线圈频率会发生变化，但会保持在 110 到 205kHz 之间，具体取决于功率需求。