探索Semtech TSWITX - 5V - 2RX - EVM无线充电发射模块

在电子设备日新月异的今天，无线充电技术凭借其便捷性和创新性，成为了电子工程师们关注的焦点。Semtech的TSWITX - 5V - 2RX - EVM无线充电发射模块，为无线充电系统的测试和实验提供了一个优秀的评估平台。今天，我们就来深入了解一下这个模块。

文件下载：TSWITX-5V-2RX-EVM.pdf

无线充电基础概念

无线电力传输本质上是一种变压器。它通过向初级线圈提供电力，产生电磁场，当次级线圈置于该电磁场中时，就会感应出电流，从而为连接的设备供电。与传统工作在工频且需铁芯以提高效率的电力变压器不同，可穿戴设备的低功率无线供电系统设计工作在1MHz左右，采用空心线圈就能高效工作。而且，无线电力系统是智能管理的，发射端仅在检测到接收端时才供电，且提供接收端所需的电量。

无线电力系统可分为三个基本功率类别：

• 低功率（可达5瓦）：适用于耳机、腕带设备、医疗传感器等可穿戴设备。
• 中功率（5 - 15瓦）：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 - 100瓦）：用于支持电动工具、无人机等设备。

产品描述

TSWITX - 5V - 2RX - EVM评估模块是一个即用型演示平台，可实现约1瓦的无线电力传输，系统工作频率为1MHz。该发射模块与兼容的接收模块Semtech TSWIRX - 5V2 - EVM配合，可形成完整的无线电力传输系统，能同时支持两个TSWIRX - 5V2 - EVM接收模块，每个接收模块最大输出电流可达100mA。

其关键技术在于Semtech的TS80002和TS61005高效集成电路。TS80002负责控制系统并实现无线电力传输协议，TS61005则是为发射天线供电的MOSFET驱动器。

主要特点

• 低功率多设备充电：可同时为多个设备进行无线充电。
• 高开关频率：1MHz的高开关频率可减少向金属物体的热耗散。
• 5V输入电源：方便使用常见电源供电。
• 自动定时器与关闭功能：充电2小时后自动停止。
• 异物检测（FOD）：检测到异物时停止充电并发出脉冲信号。
• 与两个LinkCharge LP接收器配对：可同时为两个接收器供电，总输出功率达1瓦，且接收器在X、Y、Z方向上具有位置自由性。

应用领域

该模块适用于多种低功率应用场景，如可穿戴设备、智能珠宝、追踪器、衣物、电动牙刷、LED灯具、低功率工业应用以及便携式医疗设备（如血压计）等。

标准使用方法

系统设置

将USB电缆从任何能提供高达2瓦功率的USB端口（大多数PC即可）连接到EVM的USB端口。通电后，绿色LED亮起，表示电路板已激活。此时，发射模块开始每秒多次发出能量“ping”信号，以搜索范围内的兼容接收端。

充电过程

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。发射端先向新发现的接收端提供少量电力，接收端告知发射端其功率需求，完成握手后，发射端开始提供所需电力，绿色LED开始闪烁。在电力传输过程中，接收端与发射端持续通信，主动控制充电过程。

特殊情况处理

• 充电时长：若有接收端存在，发射端在2小时后停止充电。
• 异物检测：检测到异物时，发射端停止充电并开始脉冲，直至异物移除。
• 接收端移除：移除接收端后，发射端停止电力传输，保持低待机功率，仅以极低频率发出“ping”信号。

接收器测试

使用TSWIRX - 5V2 - EVM接收模块可进行多种测试。将接收模块放置在发射模块的目标区域，Vout连接器将输出5V电压。可同时放置两个接收模块，也可逐个放置。

测试负载可选择可编程直流电子负载，它能方便地设置所需电流或功率；若没有电子负载，功率电阻十进箱也较为方便，可设置任意电阻值模拟不同负载条件；必要时，也可使用电阻作为测试负载，但调整不如前两者方便。测试时，需将接收模块的VOUT +和GND引脚连接到测试负载，并使用直流电压表监测输出电压，使用直流电流表监测电流。

观察线圈信号

虽然观察线圈信号并非使用EVM的必要步骤，但能让我们了解接收端和发射端如何主动管理无线电力传输过程。将示波器探头连接到天线引线，探头接地连接到电路板接地（USB端口外壳即可）。确保示波器能处理高达100伏的信号，因为天线是谐振电路的一部分，会产生较高电压。

• 搜索“ping”信号：给发射端通电，将接收端移出目标区域，示波器应显示持续0.5 - 1毫秒、初始峰值为30 - 35伏的“啁啾”信号，其频率在1 - 1.15MHz范围内。
• 充电时信号：将接收端放置在发射端目标区域，将示波器设置为每格0.2 - 1微秒和2 - 10伏，可观察到“模糊正弦波”信号，它是正弦功率信号与接收端和发射端之间低频数字通信产生的附加分量的合成。在1 - 5毫秒范围内观察信号，能更清晰地看到数字信号叠加在功率调制上。改变负载和接收端位置时，线圈信号的幅度和频率会发生变化。负载越大，传输功率所需的信号越强；接收端天线与发射端线圈耦合越差，需发送更多功率来补偿。在最苛刻的条件下，峰 - 峰电压可能超过50伏。

测量效率

通过比较接收端VOUT +和GND引脚的功率与进入发射模块的功率，可计算系统的电力传输效率。计算公式为： [Efficiency =frac{ Vout 1 Iout 1+ Vout 2 Iout 2}{ Vin Iin } 100 %, Iout 1= Iout 2(0 sim 100 mA)]

文档资料

框图

TSWITX - 5V - 2RX - EVM可分为多个子模块，包括5伏滤波器、基于TS80002的控制器、基于TS61005的线圈驱动器、发射天线和反馈信号模块。

原理图

提供了两种格式的原理图，一种适合屏幕查看，另一种适合打印。原理图中标注了每个组件所属的框图部分。

物料清单

列出了TSWITX - 5V - 2RX - EVM使用的零件，仅需几十个组件即可实现完整的发射解决方案。

电路板布局

展示了TSWITX - 5V - 2RX - EVM PCB上组件的位置。

常见问题解答

输出电压

输出电压取决于接收端，对于TSWIRX - 5V2 - EVM，输出为5伏。

标准兼容性

这些低功率可穿戴解决方案未基于现有标准，采用了更小的线圈和其他优化措施，更适合低功率系统环境。

产品编号含义

产品编号分为前缀、主体和后缀，通过不同部分的组合定义产品。TSWITX - 5V - 2RX - EVM表示Semtech提供的可穿戴基础设施发射评估模块。

异物检测

该模块具备异物检测功能，检测到异物时会停止充电并发出脉冲，直至异物移除。

其他问题

若有未解答的问题，可访问Semtech网站查看更新的FAQ，也可联系当地的Semtech现场应用工程师。

下一步计划

如需了解更多无线电力相关信息，可访问Semtech网页：https://www.semtech.com/wireless - charging ，也可扫描二维码进入该页面。在该页面可下载原理图、物料清单和电路板图等资料，还能获取从芯片级到完整电路板模块的Semtech无线电力产品相关信息。

Semtech的TSWITX - 5V - 2RX - EVM无线充电发射模块为电子工程师提供了一个功能强大、易于使用的无线充电评估平台。无论是研究无线充电技术的原理，还是开发自己的无线充电产品，这个模块都能为我们提供有价值的参考。你在使用无线充电模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。