无线充电技术：DC2181A-A/B演示板的深度解析

在电子设备飞速发展的今天，无线充电技术成为了备受关注的焦点。今天，我们就来深入探讨一下DC2181A-A/B演示板，它搭配了LTC4120EUD无线电源接收器和400mA降压电池充电器，为我们展示了无线充电技术的魅力。

文件下载：DC2181A-B.pdf

产品概述

DC2181是一款LTC®4120EUD演示板，可与DC1968A无线电源发射器或PowerByProxi ProxiPoint发射器配合使用。这两款发射器都能向DC2181传输2W功率，且发射器与接收线圈之间的间距可达10mm。不过，基础发射器不支持外来金属物体检测。

特色部件

DC2181A-A	LTC4120EUD - 4.2（固定输出）
DC2181A-B	LTC4120EUD（可调输出）

设计文件可在http://www.linear.com/demo/DC2181A获取。

性能总结

以下是在 (T_{A}=25^{circ} C) 条件下的性能参数：	SYMBOL	PARAMETER	CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
HVIN	DC1968A高电压输入电压范围	IHVIN ≤ 500mA at HVIN = 8V	8		38	V
V CC	DC1968A V CC输入范围	IV CC = 0 ~ 700mA	4.75		5.25	V
V(BAT)	DC2181A BAT引脚电压	R9 = 1.40MΩ, R10 = 1.05MΩ	2.5		4.25	V
I(BAT)	DC2181A BAT引脚电流	V(BAT) = 3.7V, DC1967A(R5) = 3.01kΩ, All Bar Graph LEDs on.	370	380	390	mA

组装测试流程

测量设备设置和跳线设置

如果使用DC1968A无线电源基础发射器，参考图6a；如果使用PowerByProxi ProxiPoint发射器，参考图5a。

测量注意事项

测量输入或输出电压纹波时，要注意避免示波器探头的接地引线过长。直接将探头尖端跨接在 (V{CC}) 或 (V{IN }) 和GND端子上进行测量，参考图4的探头使用技巧。

具体测试步骤

1. 连接发射器电源：对于DC1968A基础发射器，将PS1设置为5V并开启；对于PowerByProxi ProxiPoint发射器，插入随发射器附带的电源。
2. 设置电池模拟器：将PS2设置为3.6V并开启。PS2是电池模拟器的电池电压，通过放置一个3.6Ω的电阻与普通电源并联，可使电源吸收高达1A的电流。
3. 放置接收板：如果使用PowerByProxi ProxiPoint发射器，将DC2181A接收板按图5c放置；如果使用DC1968A，按图6c放置。注意ProxiPoint发射器的LED状态，若LED变为闪烁红色，需移除DC2181A板，等待LED变绿后再次放置。若第二次尝试LED仍未变为常亮红色，联系FAE。
4. 观察状态：DC2181演示板上的绿色条形图LED应亮起。观察AM1，有额外的10mA电流从BAT流入条形图LED。确保VM1测量值小于4V，否则降低PS2。条形图LED通过监测PROG电压指示流入电池的编程充电电流百分比。当降低电池模拟器电压使VM1约为2.9V时，条形图将降至10%，这是涓流充电电流。
5. 测试完成。

工作原理

DC1968A - 基础发射器

DC1968A基础发射器用于传输无线功率，与采用LTC4120的DC2181A无线电源接收板配合使用。它被配置为电流馈电非稳态多谐振荡器，振荡频率由谐振回路设定，工作频率为130kHz。DC1967A LTC4120演示板的谐振频率在启用DHC时为127kHz，禁用时为140kHz。谐振组件包括2个0.15µF的PPE薄膜电容器（Cx1和Cx2）和5.0µH的发射线圈（Lx），谐振频率为129.95kHz，发射线圈和谐振电容器的公差为±2%（2.6kHz）。电感L1和L2用于使谐振结构电流馈电，电流馈电拓扑使谐振回路上的峰 - 峰电压等于 (2 pi V{C C}) （ (V{CC}) 为5V时，峰 - 峰电压为31.5V）。磁场强度与发射线圈中的电流成正比，发射线圈采用利兹线，谐振电容器使用低损耗的PPS薄膜电容器，在130kHz时Q值约为10，满载时循环电流约为 (6Ap - p) 。

DC2181 - 采用LTC4120的无线电源接收板

DC2181 LTC4120无线电源接收器IC实现了动态谐波控制（DHC），可根据需要调整接收电路以接收更多或更少的功率。主接收回路由AE1和C2S组成，C2S通过C5（LTC4120去耦电容器）交流接地，与AE1并联。C2S还用于从谐振电路获取功率并将其发送到LTC4120。在发射 - 接收间隙为8mm时，电池充电电流平均约为 (400 ~mA) ，输送功率为1.5W（ (V_{BAT}=3.7 ~V) ），但有10mA被分流到充电LED，净电池充电电流为390mA，充电电流纹波与发射波形同步。

DHC（动态谐波控制）

当 (V{IN }) 高于14V时，DHC引脚开路，C2P不增强能量传输，接收回路处于失谐状态，谐振频率为142kHz；当 (V{IN }) 低于14V时，DHC引脚接地，C2P与C2S和AE1并联，谐振频率变为127.4kHz。当接收器在127.4kHz调谐并吸取大量功率时，发射频率被拉低至127kHz，此时系统成为双调谐谐振电路。LTC4120无线电源接收器IC通过DHC引脚切换电容器到谐振电路，调整接收器谐振频率，避免在发射和接收线圈耦合高时传输过多功率，在功率传输不足时增加功率传输，从而实现更宽的工作发射距离。

接收天线AE1

DC2181演示板的无线电源接收天线是独立的。经过测试，以下天线能在8mm间距下通过2.5W功率：	MANUFACTURER	CONSTRUCTION	MFG PART NUMBER
TDK	Ferrite on PCB	B67410 - A0223 - X195
Inter - Technical	Ferrite on PCB	L41200R01
Inter - Technical	Ferrite on PCB	L41200R02*
Inter - Technical	Litz on Ferrite	L41200R03
Inter - Technical	Litz on Ferrite	L41200R04
Inter - Technical	Ferrite on PCB	L41200R05
TDK	Wire on Ferrite	WR282830 - 37M8 - LR4
Würth	Wire on Ferrite	760308101303

*AE1无线电源接收天线随DC2181发货。AE1通过双面胶带和电气连接引脚安装，移除可能损坏天线背面的铁氧体，只有在有合适替代品时才能移除。

部件清单

DC2181A

包括通用材料清单、所需电路组件、额外演示板电路组件和硬件等，涵盖了各种电容、电阻、二极管、电感、集成电路等部件，具体信息可参考文档中的表格。

DC1968A

同样包含所需电路组件、额外演示板电路组件和硬件等，列出了各种电子元件的详细信息。

重要注意事项

DC1968A基础无线发射器可通过订购DC1969A - B无线电源套件获得，ProxiPoint发射器可从[www.powerbyproxi.com/evaluation - kits/proxi - point/](www.powerbyproxi.com/evaluation - kits/proxi - point/)获取。该演示板仅用于工程开发或评估目的，可能不具备商业产品所需的完整设计、营销和制造相关保护考虑，可能不符合电磁兼容性指令或其他法规要求。用户需承担产品的正确安全处理责任，注意静电放电防护，且产品可能未通过监管合规或机构认证。在处理产品前请阅读演示板手册，操作人员需具备电子培训并遵守良好的实验室操作标准。

通过对DC2181A - A/B演示板的深入了解，我们看到了无线充电技术在实际应用中的潜力和挑战。各位工程师朋友们，你们在无线充电设计中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享。