探索Semtech TSWIRX - 5V2 - EVM低功耗无线充电接收器

在当今科技飞速发展的时代，无线充电技术正逐渐成为电子设备领域的热门趋势。Semtech的TSWIRX - 5V2 - EVM低功耗无线充电接收器评估平台，为我们提供了一个绝佳的实验和评估无线充电系统的机会。接下来，让我们深入了解这个平台。

文件下载：TSWIRX-5V2-EVM.pdf

无线充电概念

无线充电本质上是一种变压器。电源提供给初级线圈，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，为与之连接的设备供电。与传统工作在工频且需要铁芯以提高效率的电源变压器不同，用于可穿戴设备的低功耗无线电源系统设计工作在1MHz左右，使用空心线圈就能高效工作。

无线电源系统与传统变压器的另一个主要区别在于其智能管理。发射器仅在有接收器时才提供功率，并且只提供接收器请求的功率量。通过对发射器中TS80002的编程实现无线功率传输过程的智能管理，它首先搜索接收器，找到后，接收器告知发射器其功率需求，然后开始传输。系统会验证发送的功率是否正确，接收器会持续请求功率以维持传输。如果请求停止，传输就会终止。这种协议甚至可以支持复杂的充电模式。

无线电源系统分为三个基本功率类别：可穿戴设备等低功率设备，功率最高可达5瓦；5 - 15瓦的中等功率设备，如手机、平板电脑等；15 - 100瓦的高功率无线系统，用于支持电动工具、无人机等设备。

产品描述

TSWIRX - 5V2 - EVM评估模块是一个即用型演示平台，可测试约1.25瓦的无线功率传输。其输出功率根据天线线圈的选择在0.5 - 2瓦之间。该接收器与兼容的发射器模块Semtech TSWITX - G2 - EVM/TSWITX - G4 - EVM配合，形成完整的无线功率传输系统，方便进行各种实验。

该评估模块的关键技术是Semtech TS51223，这是一款用于低功耗、可穿戴应用的全集成无线功率接收器，采用1MHz开关频率，可使用小型电感元件，节省电路板空间并降低成本。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。

标准使用

TSWIRX - 5V2 - EVM的设置和使用非常简单。将USB电缆从任何能提供高达2瓦功率的USB端口（大多数PC都可以）连接到TSWITX - G2 - EVM/TSWITX - G4 - EVM的USB端口。通电后，其绿色LED亮起，表示电路板已激活。

此时，发射器评估模块准备好传输功率。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。当接收器在范围内时，“ping”信号为其供电，使其能够向发射器宣告自身存在，然后开始传输。发射器会先向新发现的接收器提供少量功率，让其告知发射器功率需求。完成握手后，发射器开始提供所需功率。在功率传输过程中，接收器与发射器持续通信，主动引导传输过程，确保仅在接收器需要时提供合适的功率。

评估模块接收器测试

使用TSWITX - G2 - EVM/TSWITX - G4 - EVM发射器模块，可以进行多种测试。将USB电缆连接到发射器模块的USB端口，通电后绿色LED亮起。将TSWIRX - 5V2 - EVM接收器放在发射器模块的目标圆圈（初级线圈或发射天线）上，在J2连接器处可测量到5.2V电压，表明正在接收功率。

用户可以选择多种测试负载，最佳选择是可编程直流电子负载，它可以轻松设置以吸取选定的电流或功率。如果没有负载箱，功率电阻十进箱也很方便，可设置为任何所需电阻以模拟不同负载条件。必要时，也可以使用电阻作为测试负载，但不如前两种选项方便修改。测试负载的额定功率至少要等于测试的功率。

连接负载后，可在接收器评估模块的VOUT +和GND引脚之间连接直流电压表，在VOUT +线路中串联直流电流表，观察输出电压和电流。无负载时，将接收器放在发射器目标圆圈中心，传输开始后，应在仪表上观察到约5伏电压和0安培电流。施加不同负载，观察系统性能，电压应基本保持恒定，电流应遵循P = V * I关系。还可以尝试在系统达到极限、输出电压下降之前能吸取的最大功率。

文档资料

1. 框图

TSWIRX - 5V2 - EVM可分为多个子模块，包括发射天线（初级线圈，属于TSWITX - G2 - EVM/TSWITX - G4 - EVM的一部分）、接收天线（次级线圈，位于发射天线的磁通场中，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）、调节器（基于TS51223，将整流后的输入转换为稳定的5V输出，包含保护电路）、通信发生器（产生“握手”信号，告知发射器提供功率）、通信调制器（将握手信号发送到发射器）以及电池/负载（由无线接收器供电的终端设备）。

2. 原理图

提供了TSWIRX - 5V2 - EVM的两份原理图，一份适合在屏幕上查看，另一份适合打印，每份原理图都标注了每个组件所属的框图部分。

3. 物料清单（BOM）

列出了TSWIRX - 5V2 - EVM使用的部件，仅需几十个组件即可实现完整的接收器解决方案。Semtech网站上提供了包含此信息的Excel电子表格。

4. 电路板布局

展示了TSWIRX - 5V2 - EVM PCB上组件的位置。

5. 电路板层

TSWIRX - 5V2 - 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放置在电路板顶部，便于系统评估。最终产品版本可以通过将组件分布在电路板两侧来显著减小尺寸。可以从Semtech网页下载该电路板的Gerber文件。

常见问题解答

1. TSWIRX - 5V2 - EVM系统提供的输出电压是多少？

输出为5伏，最大功率为1.25瓦。

2. TSWIRX - 5V2 - EVM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不基于现有标准，以便采用更小的线圈和其他更适合低功耗系统环境的优化方案。

3. EVM部件编号有什么特殊含义吗？

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，有助于定义所代表的产品。例如，TSWIRX - 5V2 - EVM表示Semtech提供的可穿戴基础设施5伏接收器评估模块。

4. TSWIRX - 5V2 - EVM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FOD管理。

5. 如果这里没有回答我的问题怎么办？

可以访问Semtech网站，那里维护着TSWIRX - 5V2 - 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

如果你想了解更多关于无线电源的信息，可以访问Semtech网页：https://www.semtech.com/power - management/wireless - charging - ics/ ，也可以扫描右侧的条形码访问该网页。在那里，你可以下载原理图、物料清单和电路板设计图，还能获取关于如何根据需求获取Semtech无线电源产品（从芯片级到完整电路板模块）的更多信息。

作为电子工程师，你是否对这个低功耗无线充电接收器评估平台感兴趣呢？你认为它在未来的可穿戴设备市场中会有怎样的应用前景？欢迎在评论区分享你的看法。