探索Semtech TSWIRX - 5V - EVM无线充电接收器评估模块

在电子设备飞速发展的今天，无线充电技术凭借其便捷性和创新性，成为了众多工程师关注的焦点。Semtech公司推出的TSWIRX - 5V - EVM无线充电接收器评估模块，为低功耗可穿戴设备的无线充电解决方案提供了一个理想的实验平台。今天，我们就来深入了解一下这个评估模块。

文件下载：TSWIRX-5V-EVM.pdf

无线充电基础概念

无线充电的本质类似于一个变压器。电源为初级线圈供电，初级线圈产生电磁场。在这个电磁场中放置次级线圈，电磁场会在次级线圈中感应出电流，从而为与之相连的设备供电。

与传统的工频变压器不同，低功耗可穿戴设备的无线充电系统工作在1MHz左右，采用空心线圈就能高效工作。而且，无线充电系统具有智能管理功能。发射器仅在检测到接收器时才会供电，并且会根据接收器的需求提供相应的电量。通过对发射器中TS80002芯片的编程，实现了无线充电过程的智能管理。发射器首先搜索接收器，找到后，接收器告知发射器其功率需求，然后开始传输。系统会持续验证传输的电量是否正确，接收器也会不断发送功率请求以维持充电过程。一旦请求停止，充电过程就会终止。这种协议使得系统能够支持复杂的充电模式，当接收器充满电不再需要电量时，它可以请求发射器停止供电。

无线充电系统可分为低、中、高三个功率类别。低功率（最高5瓦）适用于耳机、腕带设备和医疗传感器等可穿戴设备；中功率（5 - 15瓦）涵盖了大多数手持设备，如手机、平板电脑和医疗电子设备；高功率（15 - 100瓦）则用于电动工具、无人机等设备。

产品描述

TSWIRX - 5V - EVM评估模块是一个即用型的演示平台，可测试约1瓦的无线电力传输。其输出功率根据天线线圈的选择，范围在0.5 - 2瓦之间。该接收器与兼容的发射器模块Semtech TSWITX - EVM配合使用，构成一个完整的无线电力传输系统，方便进行各种实验，以深入了解系统的特性。

对于想要开发自己的电路板或将无线充电功能集成到现有系统中的工程师来说，这个评估模块是一个很好的起点。其关键技术是Semtech TS51221，这是一款用于低功耗无线充电接收器应用的高效调节器。它的开关频率为1MHz，能够使用小型滤波组件，从而减少电路板空间并降低成本。同时，它集成了多种保护电路，如输入电源欠压锁定、输出电压软启动、电流限制和热关断等。TS51221能够产生高达1安培的电流，不过这个评估模块设计为提供约1瓦的功率。开发者可以根据需求调整支持组件。

标准使用方法

TSWIRX - 5V - EVM的设置和使用非常简单。只需将任何能够提供高达2瓦功率的USB端口（大多数PC都可以）通过USB线连接到TSWITX - EVM的USB端口。通电后，发射器的绿色LED指示灯会亮起，表示电路板已激活。

发射器每秒会发出几次能量“ping”信号，以搜索范围内的兼容接收器。当接收器进入范围时，“ping”信号会为其提供足够的能量，使其能够向发射器宣告自己的存在，然后开始充电过程。发射器会先向接收器提供少量电量，让接收器告知其功率需求。完成握手后，发射器开始提供所需的电量。在充电过程中，接收器会与发射器持续通信，主动控制充电过程，确保只有在接收器需要时才供电，并且供电方式与接收器的需求相匹配。如果需要，接收器可以主动增加或减少功率请求，发射器会相应地做出调整。

评估模块接收器测试

使用TSWITX - EVM发射器模块可以进行多种测试。首先，将USB线连接到发射器的USB端口，通电后绿色LED亮起表示电路板激活。

要将TSWIRX - 5V - EVM作为目标接收器，只需将其放置在发射器模块的目标圆圈（初级线圈或发射器天线）上。此时，接收器的LED指示灯会变绿，表示正在接收电量。接下来，你可以选择将接收的电量输送到不同的负载。

可选的负载有很多。可编程直流电子负载是最佳选择，它可以通过旋钮轻松设置所需的电流或功率，便于观察电源的运行情况。如果没有电子负载，功率电阻十进箱也是不错的选择，它可以轻松设置任何所需的电阻，模拟各种负载条件。必要时，也可以使用电阻作为测试负载，但调整起来不如前两者方便。无论选择哪种负载，都要确保其额定功率至少能够承受测试的电量。最后，如果需要，任何使用5伏输入、功率不超过1瓦的设备都可以作为测试负载。

连接负载时，需要将接收器EVM的VOUT +和GND引脚连接到所选的测试负载。连接完成后，就可以使用接收器EVM进行各种测试了。可以在VOUT +和GND引脚之间连接直流电压表，监测输出到负载的电压；在VOUT +线路中串联直流电流表。设置测量范围为最高10伏和1安培。

在不连接负载的情况下，将接收器放置在发射器目标圆圈的中心。开始传输后，电压表应显示约5伏，电流表显示0安培。然后施加不同的负载，观察功率在1瓦以内的性能表现。电压应保持基本恒定，电流应遵循(P = V * I)的关系。还可以尝试测试系统在达到极限之前能够输出的最大功率，以及输出电压开始下降的情况。

效率测量

通过比较接收器VOUT +和GND引脚的功率与进入发射器EVM的功率，可以确定系统的功率传输效率。在测量效率时，要确保移除接收器和发射器上使状态LED指示灯亮起的跳线，因为这些指示灯会影响测量结果。

文档资料

模块原理图的构成

TSWIRX - 5V - EVM可以分为多个子模块，包括发射天线（初级线圈，为接收器提供功率，是TSWITX - EVM的一部分）、接收天线（次级线圈，位于发射天线的磁场中，是1MHz谐振回路的一部分）、整流器（将天线的交流电压转换为正值，基于场效应管实现高效转换）、调节器（基于TS51221，将整流后的输入转换为稳定的5伏输出，并包含保护电路）、通信发生器（产生“握手”信号，告知发射器供电）、通信调制器（将“握手”信号发送给发射器）以及电池/负载（由无线接收器供电的终端设备）。

电路原理图

文档提供了TSWIRX - 5V - EVM的两个版本的原理图。一个适合在屏幕上查看，可以放大以提高可读性；另一个适合打印，采用横向布局，图像更大。每个原理图都标注了每个组件所属的模块。

物料清单

文档列出了TSWIRX - 5V - EVM使用的组件，仅需几十个组件就能实现完整的接收器解决方案。Semtech网站上还提供了包含这些信息的Excel电子表格，方便工程师查看。

电路板布局

TSWIRX - 5V - EVM PCB的组件布局图显示，发射器解决方案可以轻松放置在一个12x13.4mm的矩形内，采用单面结构。如果需要，还可以设计更小的布局。

电路板层数

TSWIRX - 5V - EVM PCB采用四层设计，第二层的接地层有助于减少噪声和信号串扰。评估模块将所有组件都放置在电路板的顶部，方便系统评估。最终产品可以通过将组件分布在电路板的两面来显著减小尺寸。Gerber文件可以从Semtech网站上下载。

常见问题解答

1. 输出电压是多少？：TSWIRX - 5V - EVM系统的输出电压为5伏，最大功率在0.5 - 2瓦之间，具体取决于所使用的天线。
2. 是否符合Qi或其他无线传输标准？：这些低功耗可穿戴解决方案没有基于现有的标准，而是采用了更小的线圈和其他优化措施，以更好地适应低功耗系统环境。
3. 评估模块的部件编号有什么含义？：部件编号由前缀、主体和后缀组成，用破折号分隔。前缀由三个双字母组合构成，每个组合都有助于定义所代表的产品。TSWIRX - 5V - EVM表示这是Semtech提供的一款5伏可穿戴基础设施接收器评估模块。
4. 是否实现了异物检测（FOD）？：FOD检测在高功率系统中是重要的保护措施，但在低功耗可穿戴基础设施系统中，不存在过热风险，因此不需要进行FOD管理。
5. 如果这里没有解答我的问题怎么办？：可以访问Semtech网站，那里维护着TSWIRX - 5V - EVM的最新常见问题解答，可能包含你需要的答案。也可以联系当地的Semtech现场应用工程师（FAE）寻求帮助。

下一步行动

如果你想了解更多关于无线充电的信息，可以访问Semtech的网页：https://www.semtech.com/power - management/wireless - charging - ics/ ，也可以扫描右侧的条形码直接访问该网页。在那里，你可以下载原理图、物料清单和电路板设计文件，还能获取关于如何根据需求获取Semtech无线充电产品（从芯片到完整的电路板模块）的更多信息。

Semtech的TSWIRX - 5V - EVM无线充电接收器评估模块为工程师提供了一个全面的平台，用于测试和开发低功耗可穿戴设备的无线充电解决方案。通过深入了解其工作原理、使用方法和相关文档，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。大家在使用过程中有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的见解呢？欢迎在评论区分享交流。