标题: 无线充电原理,无线电源接收器标准RT1650（共15页pdf下载） [打印本页]
作者: 1021586524    时间: 2017-11-27 12:29
标题: 无线充电原理,无线电源接收器标准RT1650（共15页pdf下载）
RT1650是全集成的无线电源接收器，可为移动设备提供 7.5W 的电源供应。本文解释了无线电源传输的基本原理，简要介绍了各种无线电源传输的标准，重点介绍了名为 Qi 的 WPC 1.1 低功率标准的实现方法，对 RT1650 的主要特性进行了讲解。文章最后以 Nokia DT601 无线电源发射器和以RT1650 为核心的EVB 结合在一起所构成的无线电源传输系统为例对实际应用中可能遇到的各种问题进行了讲解，具有重要的参考价值。

1.  无线电源传输之优点
在两个装置之间，无实体缆线连接而能传输电源之方式有许多优点：
  在两装置之间完全的电流隔离，可使应用更加安全。
  电源接收器可完全封闭，使应用装置较易达到完全防水。
  省去体积较大的连接器可使整体应用的体积减少，对于如蓝牙耳机、智慧手表和健康（医疗）等方面的穿戴式装置而言，是非常重要的。
  非接触式的电源传输非常方便：无需插上或拔出连接器，只需将接收器放在发射器的表面上，即可开始电源传输。
  无线电源传输多用于行动装置电池的充电，因此也常被称为「无线充电」 。
图一显示使用无线电源传输之应用。

2.  无线电源传输之原理
最常见之无线电能传输方法是透过两个耦合的电感器之间的磁感应来实现的，交流变压器即为应用此原理之一例，线圈附近的磁场强度是随距离呈指数关系下降的，换言之，若要高效率的电源传输，就必须使发射器线圈和接收器线圈之间的距离尽可能地近，或是其距离要远小于线圈的直径，以达到高效率的电源传输。

另一种允许发射器和接收器线圈之间的距离较大的方法称为谐振感应耦合法。在这种系统中，发射器和接收器的内部都有谐振在相同频率上的 LC 电路，电源就在这一谐振频率上被传输。两个线圈之间的谐振可加强相互之间的耦合，并改善电源传输的效率。此方式允许的发射器和接收器线圈之间的距离可较大，但和磁感应式相比，其最大可传输功率较低。

图4：不同无线电源标准之异同

Qi 和 PMA 标准的性能非常接近，容许电源传输在短距离（通常约为 5 毫米）上对单一接收装置进行，发射器和接收器之线圈必须对齐以实现高效率的电源传输，两装置之间的通讯透过所传输的电源信号进行，避免了额外硬件的使用。Qi和PMA 在通讯协议上是有差异的。

Rezence（先前的称呼是A4WP）使用磁谐振感应耦合技术， 允许在较大的距离下  (高达约50毫米) 传输电源，发射器和接收器之线圈不需要很好地对齐，其缺点是全系统效率较低，能传输的功率较低。接收器和发射器之间以蓝牙作为通讯手段，这使多个设备之间的通讯成为可能，因此容许多个装置从一个发射器接收电源。由于需要额外的硬件实现蓝牙连接，此解决方案的成本较高。

Qi WPC 1.1* 低功率标准（5W）是目前被最广泛采用的手机无线供电方法。

* 新的WPC 1.2标准已于2015年6月发布，RT1650接收器可以兼容WPC 1.1和WPC 1.2。
   
  在低功耗待机模式下，发射器会定期送出一固定频率的「模拟回音检测  (PING)」信号以检查是否有接收器的存在。若在发射器线圈上出现了接收器，发射器就会侦测到功率级的谐振有些变化，然后就会立即切换到「数字回音检测  (PING)」状态。（注：某些发射器如 Nokia DT601 就不使用模
拟回音检测而仅仅使用数字回音检测方法进行接收器的检测。 ）
  发射器所发出的数字元回音检测信号具有足够的能量，可以启动接收器的通讯功能，并藉由调制出「讯号强度」封包的数字回音检测讯号而作出响应。在成功接收「讯号强度」封包后，发射器会维
持电源讯号，使系统进到下一个阶段。
  在辨识及配置  (identification and  configuration) 阶段，接收器会将包含接收器的WPC版本信息和其他配置讯息 (如所需的最大输出功率)的数据封包发送给发射器。  
  完成配置后，系统会进入电源传输阶段。此时接收器会测量整流后的电压，然后送出「误差」封包使发射器可增加或减少所传输的功率。接收器的「误差封包」主要是为了能控制发射器所发射的功率，好让在接收器之整流器的输出上有足够的电压能提供给后置的稳压器，并得以维持稳定的输出
电压。此外，接收器会定期送出一个「收到功率」封包到发射器；如果发射器发现「收到功率」和所发射功率之间的差异过大，就会关闭系统，这是为了确保电源传输的安全。若在电源传输接口上有（金属）异物，该物体可能被杂散磁场加热，因而导致危险的出现。
  如果接收器不再需要接受任何电源（例如其电池已完全充电）时，它就会送出一个「结束功率传输」封包，而发射器即回到低功率之待机模式。   
6.  无线功率传输的实际范例
下面的案例展示的是 Nokia DT601发射器和 Richtek RT1650接收器的组合，我们可以从中看到一个典型的 5W 无线电源传输系统是如何工作的。Nokia 的这款发射器采用 WPC 所定义的 A11 类型的设计，其电源输入为 5V，它和 RT1650接收器一样，都符合 WPC  1.1的低功率  (5W) 标准，外形尺寸小，是一种低成本的解决方案。

接收器的电压调节
接收器可对整流后的电压、输出电压和负载电流进行测量，它通过要求更多或更少的来自发射器的功率来对LDO的输入电压余量进行调节以维持输出电压的调节性能。参见图14。

图14：系统电压调节过程

我们必须了解，由于 ASK 通讯的长时延特性，这种数字控制回路的响应速度是极慢的。VRECT 的开环负载调节性能取决于接收器线圈末端的输出阻抗，这与线圈的耦合状况、功率级组件的质量因子和发射器的电源供应有关。LDO 的输入电压余量应足够维持它在常规应用中遇到阶跃负载时的输出电压调节性能。由于这样的原因，整流器的电压控制策略是动态的：
当负载较轻时，整流器的电压被设定在比较高的水平上，以便在遇到突然出现的阶跃负载时 LDO 有足够的调节空间。
当平均负载增加以后，LDO 所需的电压余量也相应降低，整流器电压就要降下来，这样可使 LDO 在较高负载电流的情况下形成的功耗降下来。请参见图15。

当负载发生从轻到重的跳变时，整流器的电压将出现下跌的情形，但由于存在轻载情况下的额外余量，输出电压仍可维持不变。只有在发生从空载到重灾的跳变时，输出电压上才会看到比较轻微的下跌。
RT1650 的整流器电压在不同负载下的参数是可程序设计的，这可使其满足特定应用的需要，适应功率级的阻抗特性。 系统的动态表现与发射器的电源供应稳定性是有关的。当它使用 5V 电源时，这有可能尤显重要。Nokia DT601的 5V适配器可向其提供很稳定的 5V电源，这是因为它采用了内建的线缆补偿措施；当使用 5V的USB 接口输出为之供电时，其电压在重载情况下就会出现下降。在某些时候，调节回路是可以自行修复的，但当接收器的 VRECT 在重载之下下降到低于 IC 的欠压锁定电压时，系统就会关机，然后再重启。这些情形在图16中有所呈现。
异物检测（FOD） 在待机模式下，发射器并不会对放置在发射线圈上的金属物体予以回应，但当有金属物体出现在正在进行电源传输的发射器和接收器线圈之间时，金属物体就会因在其内部生成的涡状电流而发热，如果没有采取任何安全措施，此金属物体就会变得越来越热，这可能最终导致难以收拾的结局。 因此，WPC 无线电源传输标准纳入了异物检测功能以检测系统中可能出现的任何异常功率损耗。参见图17。
   
图17：异物检测系统图

异物检测功能以如下方式工作：接收器首先测量整流器和 LDO 的输出电压及电流，利用这些参数计算出总的接收到功率，计算中会把接收线圈、谐振电容、整流器和 LDO 的损耗都包含进去，然后将此数据打包成接收到功率数据报发送给发射器。发射器也会测量其输入电压和电流，计算出它在发射过程中消耗在MOSFET 桥路、发射线圈和电容上的损耗，然后将发射出去的功率数值和接收到的来自接收器的功率数据进行比较，如果发现两者之间的差值超出了预设的异物检测触发阈值，它就会停止发射过程，并且发出异物检测故障信号。
整个信号链路上每个段落的功率损失都与实际使用的组件有关，其非线性非常严重。通过 WPC  1.1 认证的发射器和接收器如 Nokia DT601 和 RT1650 的 EVB 都对其功率计算进行了细调，以便在全负载范围内确保精确的异物检测性能。假如 RT1650 要被使用在靠近金属物体的最终应用中，对其 MTP 内存中的数据进行微调以实现精确的异物检测就是非常必要的，这样才能反映特定的损耗状况

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作者: ddxing    时间: 2018-3-2 16:26
不够币呀！！！
作者: l456789    时间: 2018-4-1 22:35
这个貌似容易实现功能。
作者: wkman    时间: 2023-11-16 08:18
奇奇怪怪的技术知识增加了



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