多類型設(shè)備的無線充電在方便性上具有一些明顯的優(yōu)勢，尤其是對于小型設(shè)備，同時也提高了安全性。對于一些植入式醫(yī)療設(shè)備，這是勢在必行的?，F(xiàn)在iPhone無線充電已經(jīng)有一段時間了，這種操作模式很可能會成為常態(tài)。

大多數(shù)較新的手機都具有無線充電功能——包括 iPhone 8 和 X、谷歌 Nexus、三星 Galaxy 和諾基亞 Lumia。手表和醫(yī)療設(shè)備正朝著無線充電的方向發(fā)展，原因很簡單，因為它們沒有空間容納連接器。相機和耳機添加了此功能以方便使用。

無線功率傳輸或無線充電非常方便。睡前將手機、手表、相機和助聽器放在梳妝臺上的墊子上，然后由 AM 給它們充電，這個想法非常有吸引力。對于許多工業(yè)設(shè)備來說也是如此。如果您設(shè)計任何類型的便攜式設(shè)備，您應(yīng)該考慮無線充電。

在許多應(yīng)用中，無線充電的主要競爭對手可能是使用一次（不可充電）電池。如果您的功率要求非常低，那很好，因此不需要經(jīng)常更換，大電池的空間，以及便于使用的空間。但是，實施無線充電變得非常容易和可靠。很快，餐廳和機場也將提供充電板——當然，咖啡店也將如此。

無線電力傳輸標準

WPC （ Wireless Power Consortium ） Qi 低功耗 （v1.2） 和 PMA SR1 v2.0 WP，現(xiàn)在稱為AirFuel，是使用中的主要無線電力傳輸協(xié)議。WPC Qi（發(fā)音為“chee”）是 Apple 使用的無線電力標準，它具有眾所周知的互操作性。

帶有 Qi 標志的設(shè)備保證可以與充電板、啟用的汽車和嵌入式桌面中的認證發(fā)射器配合使用。這對于消費類電子產(chǎn)品很重要，用戶可以在家中、汽車、辦公室、咖啡店、機場和酒店中使用 Qi 發(fā)射器。對于消費者應(yīng)用程序來說，這很棒；對于工業(yè)/醫(yī)療設(shè)備，這可能根本不重要——甚至可能被視為安全風(fēng)險。

Qi 充電器使用的頻率在 110 到 205kHz 之間，適用于高達 5W 的低功率充電器，而適用于高達 15W 的中等功率充電器的頻率在 80-300kHz 之間。Qi 規(guī)范涵蓋了用于充電的基站和要充電的設(shè)備?；就ǔ＞哂杏脩舴胖靡粋€或多個移動設(shè)備的平坦表面。為了使耦合最大化，通常在基站焊盤上有對齊標記。移動單元平放在基站表面上，其線圈與發(fā)射器平行，它們之間的間隙小于 10 毫米。設(shè)計框圖如圖 1 所示。

除非在其上放置了兼容設(shè)備，否則基站不會激活。它通過發(fā)送間歇性測試信號來檢查是否存在符合 Qi 標準的設(shè)備來確定這一點。移動設(shè)備通過傳達接收到的信號強度來響應(yīng)此 ping。

接收器向發(fā)送器發(fā)送一個誤差信號，該信號簡單地共享一個等于所需功率電平與實際功率電平之差的值。變送器調(diào)整其輸出，以實現(xiàn)請求電平和傳送電平之間的零差。所有這些都發(fā)生在 2Kbps 或更低的通信速度下。當接收器充電完成時，它實際上告訴發(fā)射器它可以進入待機模式。

無線電力傳輸框圖

PMA （Power Matters Alliance） SR1 （v2.0），現(xiàn)在稱為AirFuel，電力傳輸協(xié)議使用與 Qi 不同的頻率，以及不同的連接協(xié)議，但操作大致相同。星巴克在其Powermat充電板中使用 PMA，盡管他們現(xiàn)在正在更新系統(tǒng)以包括 WPC Qi（因為 Apple 選擇了該標準）。

專有的 NFMC 類型無線充電具有令人驚訝的部署水平，某些應(yīng)用已使用無線電源 20 年，包括植入式神經(jīng)刺激器。在那段時間里，這項技術(shù)得到了改進。數(shù)以百萬計的產(chǎn)品使用專有的近場磁耦合運輸。

電路實現(xiàn)

一些制造商生產(chǎn)用于無線充電任務(wù)的 IC。Maxim 提供出色的MAX77950 WPC/PMA 雙模無線電源接收器。該芯片滿足無線充電聯(lián)盟 Qi 低功耗 （v1.2） 和 Power Matters Alliance SR1 v2.0 WP 協(xié)議的要求。有關(guān)功能圖，請參見圖 2。通過與任何 WPC 或 PMA 發(fā)射器耦合，該芯片可提供高達 12W 的輸出功率。

MAX77950接收器功能圖

MAX77950接收線圈連接到高效同步整流器，其輸出連接到精密LDO穩(wěn)壓器。兩種標準的數(shù)字控制和通信都是通過與電力傳輸相同的線圈（即帶內(nèi)）完成的。IC 的精密輸出電流和電壓檢測方案為發(fā)送器提供準確的反饋。有一個電源良好信號可針對低電壓值和高電壓值進行編程。

該芯片還具有一個 I2C 串行接口，用于向應(yīng)用處理器傳送狀態(tài)和警報。IC 提供異物檢測，因此非 WPC/PMA 設(shè)備或物體將被忽略。當移動設(shè)備在發(fā)射器的表面上移動時，或者當部分移除并在電力發(fā)射器上快速更換時，可能會發(fā)生過壓事件。該 IC 具有預(yù)鉗位和鉗位功能，可限制整流器輸出電壓。

作為一項特殊功能，該 IC 可以作為發(fā)射器運行，使用帶內(nèi) ASK 通信將電力傳輸?shù)搅硪粋€對等設(shè)備。這稱為 PeerPower? 模式。

該芯片采用微型 6 x 9mm WLP 封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 -40° 至 85°C。提供評估套件 （ MAX77950EVKIT ）。

另一種值得注意的方法

諧振無線充電是一種可能提供更遠距離和更高功率水平的版本——可能用于 5 或 10kW 的 EV 充電。該技術(shù)提供了足夠的承諾，以至于兩個標準機構(gòu)都已將一種形式的諧振技術(shù)納入其規(guī)范。Qi標準的1.2版本增加了諧振充電。我讀過的一些報告顯示，在 8 到 12 英寸的距離處效率為 75%。許多公司都在這個領(lǐng)域工作；兩個突出的是 WiTricity 和高通。

確定可充電電池類型

對于可充電電池，您可以使用鎳金屬氫化物 （NiMH） 或鋰離子電池，也可以使用銀鋅電池。銀鋅型主要用于助聽器，具有成本效益但容量低。它們確實具有比其他類型更高的能量密度，但只有少數(shù)供應(yīng)商，并且限制在 《200mAh。銀鋅有不同的“混合物”，因此請務(wù)必查看規(guī)格表。

NiMH 電池的成本略低于鋰電池，但能量密度較低，僅提供 1.2V 電壓。一塊直徑為 25 毫米、厚度為 7.25 毫米的 300 毫安時紐扣鎳氫可充電電池，每 500 只售價 3.50 美元。這些電池大多體積更大、容量更高，通常采用標準 A、AA、AAA 和 2/3AA 封裝。

鋰離子電池有各種形狀和尺寸。例如，松下 ML-1220 表面貼裝、12.5 x 2.0mm、17.7mAh 紐扣電池僅重 0.11g。這種 3.0V 錳鋰電池具有 30μA 的放電率，1，500 片的成本約為 1.30 美元。有幾種類型的鋰電池，標稱電壓為 3.0 至 3.7V。

無線充電是一個很好的選擇

為任何低功耗便攜式設(shè)備添加無線充電幾乎總是一件好事——因為 IC 制造商和無線聯(lián)盟團體對系統(tǒng)設(shè)計進行了很好的定義，總組件成本合理，并且組件隨時可用。但是對于更高功率的設(shè)備，例如電鉆，它可能并不實用。如果 1 到 15W 的充電速率適合您的設(shè)計，那當然值得研究。

審核編輯：郭婷