探索Semtech TSDMRX - 19V20W - 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，成为了电子工程师们关注的焦点。Semtech的TSDMRX - 19V20W - EVM无线充电接收器评估模块，为我们提供了一个深入研究无线充电技术的理想平台。下面，让我们一起深入了解这个模块。

文件下载：TSDMRX-19V-20W-EVM.pdf

一、无线充电基础概念

无线充电本质上是一种变压器。电源为初级线圈供电，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，为与之连接的设备供电。与传统的工作在市电频率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，使用空气芯也能高效工作。这样，初级和次级绕组可以分别位于不同的设备中，初级是发射器的一部分，次级在接收器内。从某种程度上说，这种实现方式也可以看作是一种无线电广播过程，变压器线圈也可以被视为天线。

无线充电系统与传统变压器的另一个重要区别在于智能管理。发射器只有在检测到接收器时才会提供功率，并且只提供接收器所请求的功率。同时，系统能够识别电磁场是否被异物干扰，并停止功率传输，以防止除接收器之外的物体吸收大量功率。这种智能管理通过对TS81000进行编程来实现。

无线充电系统根据功率可分为三个基本类别：低功率（高达5瓦）的可穿戴设备，如耳机、腕带设备和医疗传感器；中功率（5 - 15瓦）的手持设备，如手机、平板电脑和医疗电子设备；高功率（15 - 100瓦）的设备，如电动工具、无人机等。

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二、产品描述

TSDMRX - 19V20W - EVM评估模块是一个即用型演示平台，它使用专有通信协议，可测试高达20瓦的无线功率传输，并且与行业电感标准向后兼容，能够为15瓦及以下的设备充电。若要实现20瓦的操作，发射器必须与Semtech的TSDMTX - 19V2 - EVM发射器（固件版本应为004F或更新）配对，这样可以方便地进行各种实验，以了解系统的性能。

该评估模块的关键技术组件是三个Semtech集成电路：TS81000、TS94033和TS30042。TS81000为高达40瓦的无线接收器提供Qi兼容通信和控制，负责整个过程的智能管理。从接收器天线获取的功率被整流为21.5 - 28.0 VDC，TS94033用于感应直流电流，TS30042将整流后的输出转换为19VDC，为系统负载供电。这个评估模块展示了如何将这三个组件结合起来，形成一个高效、低元件数量且空间需求小的完整无线功率接收器解决方案。

三、标准使用方法

使用TSDMRX - 19V20W - EVM非常简单。首先，为TSDMTX - 19V2 - EVM发射器供电。发射器每秒会发出几次能量“ping”信号，以寻找范围内的兼容接收器（即TSDMRX - 19V20W - EVM）。将TSDMRX - 19V20W - EVM放在发射器评估模块的目标区域上，它会被“ping”信号激活，并向发射器宣告其存在，随后开始功率传输。

在完成握手后，发射器开始提供所需的功率，接收器评估模块上的绿色LED指示灯会亮起。在功率传输过程中，TSDMRX - 19V20W - EVM会与发射器持续通信，主动控制功率传输过程。如果负载需要，它可以主动增加或减少功率请求，发射器会相应地做出响应。如果检测到任何错误，传输将停止。要重新启动，需要将TSDMRX - 19V20W - EVM移出发射器范围，然后再放回目标区域开始新的传输。

该接收器评估模块可以在19伏的电压下为用户想要测试的任何负载提供高达20瓦的功率。对于一般实验，建议选择可编程直流电子负载作为最佳负载。如果没有负载箱，功率电阻十进箱也可以方便地模拟各种负载条件。在连接负载时，要确保测试负载的额定功率至少等于测试功率。

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四、观察线圈信号

虽然观察线圈信号对于使用评估模块不是必需的，但它可以让我们了解接收器和发射器如何主动管理无线功率传输过程。如果想观察这个内在过程，可以将示波器探头放在天线引线上，并将探头接地连接到电路板接地。要确保示波器能够处理高达200伏的信号，因为尽管评估模块的功率输出只有19伏，但天线是谐振电路的一部分，会产生相当高的电压。

将接收器放在发射器目标上，将示波器设置为每格0.5 - 1微秒和10 - 20伏，就可以观察到一个由正弦功率信号和数字“缺口”组成的复合信号，这个“缺口”是由接收器和发射器之间的通信产生的。当改变负载和接收器在目标上的位置时，线圈信号的幅度和频率会发生变化。负载越大，为传输所需功率而发送的信号就越多；接收器天线与发射器线圈的耦合越差，就需要发送更多的功率来补偿低效的不对准。

五、测量效率

通过比较接收器VOUT + 和 - 引脚的功率与进入发射器评估模块的功率，可以确定系统的功率传输效率。对于这里使用的评估模块（TSDMRX - 19V20W - EVM和TSDMTX - 19V2 - EVM），DC - DC效率是输出电流的函数，在较高功率水平下约为85%，保证了良好的效率和最小的散热问题。在某些应用中，可能需要在PCB上安装散热器或散热片，以将温度保持在所需范围内。

六、文档资料

1. 框图

TSDMRX - 19V20W - EVM可以分为多个子模块，包括发射天线（为接收器评估模块供电的电源）、接收天线（靠近发射天线放置的线圈，为评估模块接收器系统供电，还包括过零检测和过压保护电路）、整流与调制（全波整流桥）、电流感应（基于TS94033的低功率低失调电流感应放大器IC）、控制器（基于TS81000的无线功率系统高效接收器控制器，收集电压、电流和温度反馈信号并控制操作）以及DC/DC转换器（基于TS30042的开关频率为1MHz、2A的电流模式同步降压DC/DC转换器，将19VDC转换为最高1.1安培的电流供用户使用）。

2. 原理图

文档提供了两份原理图，一份添加了注释，标明每个组件所属的框图部分；另一份采用横向布局，便于打印。

3. 物料清单（BOM）

列出了TSDMRX - 19V20W - EVM中使用的所有部件，包括电容、电阻、二极管、MOSFET、集成电路等，并提供了每个部件的详细信息，如值、封装、制造商和数量。此外，Semtech网站上还提供了包含这些信息的Excel电子表格文件。

4. 电路板布局

展示了TSDMRX - 19V20W - EVM PCB上组件的位置。大部分电路板面积用于测试引脚，实际电路实现的占地面积为16mm x 31mm。

5. 电路板层

该PCB采用四层设计，第二层的接地平面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。Gerber文件可以从Semtech网页下载。

七、常见问题解答

1. 输出电压和功率

TSDMRX - 19V20W - EVM系统提供19伏的输出电压，总功率可达20瓦。

2. 工作模式

接收器在Semtech 19V2（TSDMTX - 19V2 - EVM）发射器上使用Qi信号进行操作。

3. Qi和PMA标准信息

可以在相关网站上找到更多关于Qi和PMA标准的信息。Qi标准的一个好的起点是http://www.wirelesspowerconsortium.com/technology/how - it - works.html ；PMA现在与A4WP合并，称为AirFuel，相关信息可以在http://www.airfuel.org/technologies/inductive 找到。

4. 评估模块编号含义

评估模块编号由前缀、主体和后缀组成，通过破折号分隔。前缀由三个双字母组合构成，分别定义产品的公司、环境和类型；中间部分表示设备的电压和/或功率；后缀表示设备类型，如EVM表示评估模块，MOD表示生产模块。

5. 未解答的问题

如果您的问题未在上述解答中得到解决，可以访问Semtech网站，那里维护着更新的常见问题解答和TSDMRX - 19V20W - EVM的最新固件，也可以联系当地的Semtech现场应用工程师（FAE）寻求帮助。

八、下一步建议

如果您想了解更多关于无线功率的信息，可以访问Semtech的网页：http://semtech.com/wireless - charging 。在那里，您可以下载原理图、物料清单和电路板设计图，以及获取从芯片级到完整电路板模块的Semtech无线功率产品的相关信息，以满足您的需求。

Semtech的TSDMRX - 19V20W - EVM无线充电接收器评估模块为电子工程师提供了一个全面、高效的平台，用于研究和开发无线充电技术。通过深入了解其原理、使用方法和文档资料，我们可以更好地将无线充电技术应用到实际产品中。大家在使用过程中有没有遇到什么有趣的问题呢？不妨一起交流探讨。