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無(wú)線充電將啟程,哪種實(shí)現(xiàn)方法最靠譜?

發(fā)布時(shí)間:2013-07-31 責(zé)任編輯:Cynthiali

【導(dǎo)讀】無(wú)線充電即將啟程,首先向手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)滲透,隨后將進(jìn)入強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算領(lǐng)域。之后,無(wú)線電源技術(shù)很有可能擴(kuò)展到支持手機(jī)和計(jì)算解決方案的基礎(chǔ)設(shè)施中。無(wú)線充電未來(lái)將如何發(fā)展?哪種解決方案最靠譜?

對(duì)于消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng),磁感應(yīng)(Magnetic Induction,簡(jiǎn)稱 MI)或磁共振(Magnetic Resonant,簡(jiǎn)稱 MR)都是備選方案。無(wú)論消費(fèi)市場(chǎng)朝哪個(gè)方向發(fā)展,一個(gè)已知的事實(shí)是,無(wú)線充電必將得到采用。在手機(jī)提供商的主要推動(dòng)下,無(wú)線充電將開(kāi)始向手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)市場(chǎng)滲透。擁有強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算領(lǐng)域?qū)⒕o隨其后,使無(wú)線充電技術(shù)的采用進(jìn)入下一個(gè)增長(zhǎng)階段。之后,無(wú)線電源技術(shù)很有可能擴(kuò)展到支持手機(jī)和計(jì)算解決方案的基礎(chǔ)設(shè)施中。未來(lái)的架構(gòu)和解決方案中怎樣運(yùn)用無(wú)線電源技術(shù),上述應(yīng)用將僅僅是一個(gè)開(kāi)端。

就磁感應(yīng)技術(shù)而言,主要有兩個(gè)流行標(biāo)準(zhǔn):無(wú)線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium,簡(jiǎn)稱 WPC)和電源事務(wù)聯(lián)盟(Power Matters Alliance,簡(jiǎn)稱PMA)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都相當(dāng)成熟,很多產(chǎn)品已經(jīng)用在消費(fèi)市場(chǎng)了。無(wú)線電源聯(lián)盟(Alliance for Wireless Power,簡(jiǎn)稱 A4WP)是第一個(gè)基于磁共振技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)和解決方案都引起了一些疑問(wèn),例如,無(wú)線電源技術(shù)將向哪個(gè)方向發(fā)展?采用哪些解決方案是最好的?

移動(dòng)設(shè)備


便利性是促使消費(fèi)移動(dòng)解決方案最先采用無(wú)線技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。手機(jī)、平板電腦、媒體播放器、移動(dòng)電視等不同的移動(dòng)設(shè)備需要不同接口連接器的各種適配器,這意味著為了給移動(dòng)設(shè)備充電,人們需要攜帶很多不同的連接器和適配器。擁有強(qiáng)大的支持性基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)系統(tǒng)的通用無(wú)線適配器,可以解決這些需求。在汽車(chē)、咖啡店、圖書(shū)館、餐館、火車(chē)、飛機(jī)、辦公室中提供無(wú)線充電,將滿足人們所需的便利性。
 圖 1:無(wú)線充電器系統(tǒng):發(fā)送器和接收器方框圖
圖 1:無(wú)線充電器系統(tǒng):發(fā)送器和接收器方框圖

POWER ADAPTER:電源適配器
Transmitter:發(fā)送器
Modulation/Demodulation:調(diào)制/解調(diào)
Synchronous Half-Bridge Inverter:同步半橋逆變器
Status and PG Indicator:狀態(tài)和 PG 指示器
Micro Controller:微控制器
2-way Secure Authentication:雙向安全驗(yàn)證
Buck Converter:降壓型轉(zhuǎn)換器
Thermal Loop Control:熱環(huán)路控制
Foreign Object Detection:異物檢測(cè)
Clock:時(shí)鐘
Power:功率
IDT Back Channel Communication:IDT 反向通道通信
Communication Link:通信鏈路
Receiver:接收器
Synchronous Full-Bridge Rectifier:同步全橋整流器
Thermal Control:熱控制
USB/Adaptor Control:USB/適配器控制
LOAD:負(fù)載

下頁(yè)內(nèi)容:磁路和電源管理
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磁路

磁感應(yīng)和磁共振這兩種技術(shù)的架構(gòu)有很多相似之處。例如,二者都將磁場(chǎng)用作傳送功率的橋梁。

在這兩種技術(shù)中,電流被引入進(jìn)一個(gè)諧振電路,進(jìn)而產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)傳送功率。在電磁場(chǎng)場(chǎng)中接收和發(fā)送線圈的對(duì)準(zhǔn)度以及二者之間的距離決定功率傳輸?shù)男?;接收和發(fā)送線圈分離越遠(yuǎn),功率傳送效率就越低。還有其他一些因素對(duì)能量傳送效率有很大影響,包括諧振頻率、發(fā)送與接收線圈尺寸之比、耦合因數(shù)、線圈阻抗、趨膚效應(yīng)、AC 和 DC 組件以及線圈寄生參數(shù)。

隨著x、y 和 z 分離度以及發(fā)送和接收線圈之間比例角的增大,損耗和效率將受到極大的影響。

根據(jù)要求,包括成本和尺寸的考量,一個(gè)或多個(gè)線圈的解決方案都可以用于磁感應(yīng)和磁共振這兩種技術(shù)。
圖 2:磁場(chǎng)
圖 2:磁場(chǎng)

MAGNETIC INDUCTANCE:勵(lì)磁電感
Magnetic field mostly contained in between ferrite shielding:磁場(chǎng)大部分被限制在鐵氧體屏蔽體之間
Surface:表面
Coil:線圈
Shielding:屏蔽層
Distance:距離
MAGNETIC RESONANCE:磁共振
Receiving Coil(s):接收線圈
Transmitting Coil:發(fā)送線圈
Magnetic field radiates outward – not shielded:磁場(chǎng)向外輻射——無(wú)屏蔽
Receiver:接收器
Magnetic Field:磁場(chǎng)
Transmitter:發(fā)送器

電源管理

開(kāi)發(fā)高性能電源管理架構(gòu)對(duì)磁共振和磁感應(yīng)解決方案的成功實(shí)現(xiàn)有很大影響。在發(fā)送器方面,為了把電流引入諧振電路,進(jìn)行了 DC 到 AC 轉(zhuǎn)換。在磁感應(yīng)技術(shù)中,用半橋式或全橋式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換,而在磁共振技術(shù)中,電流是通過(guò)功率放大器引入的。

合乎情理的結(jié)論是,就具體應(yīng)用而言,最佳解決方案要根據(jù)所要求的功能和性能而定。如果要求在X、Y 和Z 方向自由定位或多設(shè)備充電能力,那么磁共振可能是首選解決方案。如果要求高效率并嚴(yán)格遵守法規(guī),那么符合 WPC 要求的解決放案也許是最佳選擇。不過(guò),毫無(wú)疑問(wèn)的是,能無(wú)縫識(shí)別基于磁感應(yīng)或磁共振的耦合設(shè)備并能有效和高效傳送功率的多模式解決方案,將是這些應(yīng)用的理想解決方案。

IDT已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了基于磁感應(yīng)和磁共振技術(shù)的解決方案。公司高度集成度的磁感應(yīng)解決方案已經(jīng)滿足并且超出了 WPC(Qi)的要求。這些解決放案采用了非常先進(jìn)的工藝技術(shù),以集成功率器件和智能功能,進(jìn)而在接收器和發(fā)送器之間進(jìn)行有效通信,并有效地控制閉合環(huán)路。這些集成解決方案需要的外部組件最少,有助于降低BOM成本和所需PCB的成本 。
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