探索Semtech TSDMRX - 5W - EVM无线充电接收器

在无线充电技术飞速发展的今天，Semtech的TSDMRX - 5W - EVM无线充电接收器评估模块为工程师们提供了一个理想的测试与实验平台。下面，我们就来深入了解一下这个模块。

文件下载：TSDMRX-5W-EVM.pdf

无线充电概念

无线电力传输本质上类似于一个变压器。在传统变压器中，电能通过初级线圈产生电磁场，次级线圈置于该电磁场中，从而感应出电流，为连接的设备供电。不过，与工作在市电频率且需要铁芯来提高效率的传统电力变压器不同，无线电力系统工作在100kHz左右，使用空气芯就能高效工作。这使得初级和次级绕组可以分别位于不同的设备中，初级绕组属于发射器，次级绕组则在接收器内。这种实现方式也可以看作是一种无线电广播过程，变压器线圈也可被视为天线。

无线电力系统的另一个重要特点是智能管理。发射器只有在检测到接收器时才会提供电力，并且会根据接收器的需求提供相应的电量。同时，系统能够识别电磁场是否被异物干扰，并停止电力传输，以防止除接收器外的物体吸收大量电能。这种智能管理是通过对TS81000进行编程实现的。当TSDMRX - 5W - EVM接收器与兼容的发射器连接时，它会告知发射器其功率需求，然后开始传输电力。接收器会持续验证传输的电量是否正确，是否有电能被异物吸收。如果接收器停止请求电力，传输就会终止。通过这种协议，即使是复杂的充电模式也能得到支持。

无线电力系统可分为三个基本功率类别：低功率的“可穿戴”设备，功率最高可达5瓦；中功率设备，功率在5 - 15瓦之间，包括大多数手持设备；高功率无线系统则用于支持功率需求在15 - 100瓦的设备，如电动工具、无人机等。

产品描述

TSDMRX - 5W - EVM评估模块是一个即用型演示平台，支持高达5瓦的无线电力传输，并且符合Qi和PMA这两个主流行业标准。该接收器可以与任何Qi或PMA发射器模块配合使用，形成完整的无线电力传输系统。对于系统设计师来说，与之互补的TSDMTX - 5V - EVM是一个不错的选择，它可以方便地进行各种实验，帮助设计师更好地了解系统的性能。

该模块的关键技术组件是Semtech的两款集成电路：TS81000和TS51111。TS81000为高达40 + 瓦的无线接收器提供符合Qi/PMA标准的通信和控制功能，负责整个过程的智能管理。TS51111是系统中的同步整流和充电解决方案，它将从接收器天线获取的功率转换为5VDC输出，效率高达98 + %。这个评估模块展示了如何将这两个组件结合使用，形成一个高效、低元件数量且占用空间小的完整无线电力接收器解决方案。

从模块的布局来看，电路板中央是接收器电路，尺寸为17x9mm，周围分布着各种测试点，方便实验操作。USB端口可以通过标准USB电缆为设备提供输出功率，J4和J5接口则用于固件更新。

标准使用方法

TSDMRX - 5W - EVM的使用非常简单。首先，为TSDMTX - 5V - 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 - 5W - EVM）。将TSDMRX - 5W - EVM放置在发射器的目标区域上，它会被“ping”信号初步供电，并向发射器宣告其存在，随后开始进行电力传输。发射器会先向接收器提供少量电力，以便接收器告知发射器其功率需求。

握手完成后，发射器开始提供所需的电力，接收器评估模块上的绿色LED指示灯会亮起。在电力传输过程中，TSDMRX - 5W - EVM会与发射器持续通信，主动控制整个过程，确保只有在接收器需要时才传输电力。如果负载需要，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。这样，具有复杂充电需求的设备也能得到精确支持，并且只会提供所需的电量。如果检测到任何错误，传输将停止。要重新启动，需要将TSDMRX - 5W - EVM移出发射器的范围，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向用户选择的任何负载提供高达5瓦、5伏的功率。对于一般实验，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，功率电阻十进箱也可以模拟各种负载条件。无论使用哪种负载，都要确保其额定功率至少能满足测试需求。此外，任何使用5伏输入、功率不超过5瓦的设备都可以作为测试负载。

如果使用USB端口，电力通过引脚1（VBUS）和引脚4（GND）提供。否则，可以将接收器评估模块的VOUT + 和VOUT - 引脚连接到选定的测试负载上。连接负载后，就可以进行各种测试了。

在测试时，可以在VOUT + 和VOUT - 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，观察电流。将接收器放置在发射器目标圆的中心，开始传输后，应该可以观察到电压表显示约5伏，电流表显示0安培。通过施加不同的负载，可以观察到在0 - 5瓦的功率范围内，电压基本保持恒定，电流符合P = V * I的关系。还可以测试接收器在检测到过载并切断电源之前能够承受的最大功率。轻微过载时，接收器会尝试通过间歇性重新测试负载来恢复电力；严重过载时，发射器可能会检测到错误，红色LED指示灯亮起，此时需要将接收器移出目标区域几秒后再放回，才能开始新的传输。

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电力传输过程。将示波器探头连接到最右侧的J1引脚（天线引线），探头接地连接到VOUT - 引脚的电路板接地。要确保示波器能够处理高达200伏的信号，因为虽然评估模块的输出功率只有5伏，但天线是谐振电路的一部分，会产生更高的电压。

将接收器放置在发射器目标上，将示波器设置为每格0.5 - 1微秒和10 - 20伏。此时可以观察到一个复合信号，它是正弦功率信号和接收器与发射器之间通信产生的数字“缺口”的组合。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，传输所需功率的信号就越强；接收器天线与发射器线圈的耦合越差，就需要传输更多的功率来补偿效率损失。在最苛刻的条件下，可能会观察到峰峰值接近140伏的电压。

测量效率

通过比较接收器VOUT + 和VOUT - 引脚的输出功率与发射器评估模块的输入功率，可以确定系统的电力传输效率。对于这里使用的评估模块，效率是输出电流的函数，在较高功率水平下约为75%，这保证了良好的效率和较低的散热问题。

文档资料

模块的硬件设计

1. 框图

TSDMRX - 5W - EVM可以分为几个子模块。天线部分包括发射天线（作为接收器评估模块的电源，这里是TSDMTX - 5V - EVM的一部分）和接收天线（靠近发射天线放置，为评估模块的接收器系统供电）。整流和调节模块基于TS51111高效同步整流和充电IC，负责将天线输入的功率整流并转换为稳定的5伏输出，最大电流可达1安培。控制器模块基于TS81000高效无线电力系统接收器控制器，它由TS51111供电，收集接收器系统的电压、电流和温度反馈信号，控制TS51111的操作，并向发射器系统提供控制信号，通过天线和TS51111传输电力。USB/J2端口可以提供5VDC输出，最大电流为1安培，USB端口方便连接USB供电设备，J2端口则便于在实验室中连接测试探头进行实验。

2. 原理图

文档中提供了TSDMRX - 5W - EVM的原理图，并标注了每个组件所属的框图部分，有助于工程师更好地理解模块的工作原理。

3. 物料清单（BOM）

列出了TSDMRX - 5W - EVM中使用的所有部件，包括电容、电感、二极管、电阻、集成电路等，并提供了每个部件的参数、制造商和代码。此外，Semtech网站上还提供了包含这些信息的Excel电子表格，方便工程师查阅。

4. 电路板布局

从电路板布局图可以看出，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仅为17mm x 9mm，大约相当于一张微型SD卡的大小。该解决方案主要由两个集成电路和周围的几十个电阻、电容组成，是一种非常高效的设计。

5. 电路板层

TSDMRX - 5W - EVM的印刷电路板采用四层设计，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的顶部，便于系统评估。在最终产品设计中，可以将组件分布在电路板的两侧，从而显著减小尺寸。Semtech网站上可以下载该电路板的Gerber文件。

常见问题解答

1. 输出电压和功率

TSDMRX - 5W - EVM系统提供5伏的输出电压，总功率最高可达5瓦。而TSDMRX - 9V/15W - EVM则可以提供最高15瓦、9伏的输出。

2. 工作模式

默认工作模式为Qi模式。当与PMA - 3和PMA - 8发射器类型配合使用时，会选择PMA模式。

3. 标准信息获取

关于Qi标准的更多信息，可以访问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. 产品编号含义

产品编号由前缀、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，分别定义了产品的公司、环境和类型等信息。例如，TSDMRX–5W–EVM表示Semtech提供的双模式、5瓦接收器评估模块。

5. 其他问题

如果这里没有解答你的问题，可以访问Semtech网站，那里维护着TSDMRX - 5W - EVM的最新常见问题解答，当地的Semtech现场应用工程师也可以提供帮助。

下一步计划

如果想了解更多关于无线电力的信息，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访问该页面。在那里，你可以下载原理图、物料清单和电路板设计图，还能获取从芯片级别到完整电路板模块的Semtech无线电力产品的相关信息，以满足你的需求。

Semtech的TSDMRX - 5W - EVM无线充电接收器评估模块为无线充电系统的设计和实验提供了丰富的资源和便利。作为电子工程师，你是否对这个模块在实际项目中的应用有了更多的想法呢？欢迎在评论区分享你的见解。