探索Semtech TSDMTX - 5V2 - EVM无线充电发射模块

在无线充电技术飞速发展的今天，Semtech推出的TSDMTX - 5V2 - EVM无线充电发射评估模块为工程师们提供了一个绝佳的实验和开发平台。让我们一起深入了解这个模块的特性、使用方法及相关技术细节。

文件下载：TSDMTX-5V2-EVM.pdf

1. 模块概述

TSDMTX - 5V2 - EVM是基于Semtech的TS80000无线功率发射控制器、TS61001全桥FET驱动器和TS31023线性稳压器构建的评估平台。它支持Qi和PMA两种标准的功率传输，能为市面上大多数无线接收器供电，是无线充电系统实验和评估的理想选择。

其输入电压支持5V或9V，可实现5W输出，搭配QC2.0/3.0适配器时能达到9W输出。

2. 无线充电概念

2.1 基本原理

无线功率传输本质上是一个变压器。电源为初级线圈供电，产生电磁场，次级线圈置于该电磁场中，电磁场会在次级线圈中感应出电流，从而为连接的设备供电。与传统工作在工频且需要铁芯以提高效率的变压器不同，无线充电系统工作在100kHz左右，采用空心线圈就能高效工作。初级和次级绕组可分别位于发射端和接收端设备中，从某种意义上说，这些变压器线圈也可看作天线。

2.2 智能管理

无线充电系统的一大特点是智能管理。发射端仅在检测到接收端时才提供功率，且提供的功率量由接收端请求决定。同时，系统能识别电磁场是否被异物干扰，一旦检测到异物，会立即停止功率传输，防止异物吸收大量能量。这一智能管理过程通过TS80000的编程实现，它先搜索接收端，找到后接收端告知发射端功率需求，然后开始传输。传输过程中，系统会不断验证功率传输是否正常，接收端也会持续请求功率以维持充电过程。

2.3 功率分类

无线充电系统分为三个基本功率类别：

• 低功率（高达5W）：适用于耳机、腕带设备、医疗传感器等可穿戴设备。
• 中功率（5 - 15W）：涵盖大多数手持设备，如手机、平板电脑和医疗电子设备。
• 高功率（15 - 100W）：用于支持电动工具、无人机等设备。

3. 产品描述

3.1 功能与兼容性

TSDMTX - 5V2 - EVM是一个即用型演示平台，支持高达5W的无线功率传输，符合Qi和PMA行业标准。它可与任何Qi或PMA接收模块配对，形成完整的无线功率传输系统。对于系统设计者来说，Semtech的TSDMRX - 5W - EVM是一个不错的互补选择，可用于进行各种实验，深入了解系统性能。此外，市面上其他支持Qi和/或PMA标准的接收模块也可与该发射模块兼容。

3.2 LED指示

模块上的红、绿LED能让用户了解发射端的工作状态。通电时，绿色LED亮起约半秒，表示发射端初始化；搜索接收端时，无LED亮起，处于低功耗待机状态；找到接收端并开始充电时，绿色LED每秒闪烁一次；充电过程中检测到异物，红色LED每秒闪烁一次，充电中止；出现其他错误时，红色LED常亮，直到接收端移除；充电完成后，绿色LED常亮，直到接收端移除。

4. 标准使用方法

4.1 连接与启动

将USB电缆从能提供最大1A电流的USB端口（大多数PC均可）连接到EVM的USB端口。通电后，绿色LED应亮起约一秒后熄灭。也可通过J5端口从外部5V电源供电，但不能与USB电缆同时使用。

4.2 功率传输

发射端每秒会发出几次能量“ping”信号，搜索范围内的兼容接收端。当接收端进入范围，“ping”信号为其供电，使其能向发射端宣告自身存在，随后开始充电。发射端先提供少量功率给接收端，接收端告知发射端功率需求，握手完成后，发射端开始提供所需功率，绿色LED闪烁表示充电进行中。充电过程中，接收端与发射端持续通信，可主动调整功率请求，发射端会相应调整输出。充电完成后，LED停止闪烁，显示绿色常亮状态。若检测到错误，红色LED亮起，传输停止，需移除接收端并重新放回目标区域才能重新开始充电。

4.3 产品化接收器测试

若有Qi或PMA兼容产品，将其放在黑色塑料天线盖的圆形目标区域，发射端应按上述流程工作，接收设备应按其用户指南显示充电状态。还可按照“FOD测试”部分的步骤进行异物检测测试。

4.4 EVM接收器测试

可使用Semtech的接收EVM模块进行额外测试，如TSDMRX - 5V - EVM。将接收模块放在发射模块的目标圆上，两个EVM的LED应变绿，表示建立了充电连接。用户可选择多种负载进行测试，如可编程直流电子负载、功率电阻十进箱或任何5V输入、功率不超过5W的设备。连接负载后，可使用直流电压表和电流表监测输出电压和电流，观察不同负载下的性能表现。

4.5 观察线圈信号

虽然这一步骤不是使用EVM的必需操作，但能让我们了解接收端和发射端如何主动管理无线功率传输过程。将示波器探头连接到天线引线上，探头接地连接到电路板接地。通电后，移除接收端，示波器应显示持续0.5 - 1mSec、初始峰值为10 - 20V的“chirp”信号，频率在100 - 150kHz范围内。将接收端放在发射端目标上，示波器应显示正弦功率信号与数字“缺口”的复合信号，负载和接收端位置变化时，线圈信号的幅度和频率会改变。

4.6 测量效率

通过比较接收端VOUT + 和VOUT - 引脚的功率与发射端EVM输入功率，可确定系统的功率传输效率。实验表明，效率与输出电流有关，在中功率点之后约为75%，能保证良好的效率和最小的散热问题。

5. 固件管理

EVM出厂时搭载了当时最新的固件。随着标准的发展和板级性能的提升，可通过Semtech的现场应用工程师（FAE）获取固件更新。使用“FW_FLASH”小工具可安装最新固件，也可查询当前安装的固件版本。安装该工具后，按以下步骤操作：

• 让Windows在PC上安装EVM驱动：连接EVM和PC的USB电缆，给EVM通电，等待Windows完成驱动加载后拔掉EVM。
• 确定EVM闪存版本：从无电状态的EVM开始，双击FW_FLASH图标，连接USB电缆，FW_FLASH窗口将显示闪存固件的版本号。
• 更新EVM闪存版本：将固件文件拖到FW_FLASH图标上，连接USB电缆，工具会显示闪存更新进度，几秒后更新完成。

6. FOD测试

在生产设备中，异物检测（FOD）测试很重要，能防止异物吸收传输能量而发热。TS80000检测到异物时会停止功率传输，红色状态LED闪烁表示检测到问题。但在接收EVM中，为方便工程师测试不同天线和进行硬件修改，FOD协议被绕过。可使用任何Qi认证的手机作为接收端进行FOD测试，对比启用和禁用FOD管理时的差异。启用FOD时，检测到功率传输有明显干扰会中止传输；禁用FOD时，金属物体在电磁场中会吸收能量变热。

7. 文档资料

7.1 框图

TSDMTX - 5V2 - EVM可分为多个子模块，包括5V滤波器、转换器、控制器、FET驱动器、桥接FET、匹配网络、天线、滤波器等。

7.2 原理图

提供了模块的详细原理图，并标注了每个组件所属的框图部分。

7.3 物料清单（BOM）

列出了模块使用的所有部件，包括所需电路组件、PMA解调可选电路组件、5V模式所需电路组件、9V和5V模式所需电路组件以及演示板可选电路组件。

7.4 电路板布局建议

展示了PCB上组件的位置，有助于工程师了解模块的物理布局。

7.5 电路板层

PCB采用四层设计，第二层的接地平面可减少噪声和信号串扰。所有组件都放置在电路板顶部，方便系统评估。最终产品设计可通过在电路板两侧分布组件来减小尺寸。

8. 常见问题解答

• 输出电压：取决于使用的接收端，对于TSDMRX - 5V - EVM，输出为5V。
• 标准信息：Qi标准信息可参考http://www.wirelesspowerconsortium.com/technology/how - it - works.html；PMA（现称AirFuel）信息可参考http://www.airfuel.org/technologies/inductive。
• EVM编号含义：编号由前缀、主体和后缀组成，前缀定义产品的公司、环境和类型，主体表示设备电压或功率，后缀表示设备类型。例如，TSDMTX - 5V - EVM是Semtech提供的双模式、5V发射评估模块。
• 未解答问题：可访问Semtech网站获取最新的FAQ，也可联系当地的Semtech FAE。

9. 下一步计划

如需了解更多无线功率相关信息，可访问Semtech网页https://www.semtech.com/power - management/wireless - charging - ics/，也可扫描右侧条形码访问该页面。在那里可下载原理图、BOM和电路板图，还能获取从芯片级到完整板级模块的Semtech无线功率产品信息。

Semtech的TSDMTX - 5V2 - EVM无线充电发射模块为工程师们提供了一个功能强大、易于使用的开发平台。通过深入了解其特性和使用方法，工程师们可以更好地将无线充电技术应用到自己的产品中。你在使用类似无线充电模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。