【導讀】一個設計良好的無線充電產(chǎn)品可以提供諸多好處，從改進的功能到支持新的技術(shù)等等。但是并不是所有的工程師能將無線充電設計產(chǎn)品貼近用戶體驗。業(yè)界的大佬們終于發(fā)話了，指出五點，話說只要做好這五點，無線充電就沒問題。
一個設計良好的無線充電產(chǎn)品可以提供諸多好處，從改進的功能到支持新的技術(shù)等等。使用磁場耦合技術(shù)的無線充電系統(tǒng)從19世紀00年代晚期就已經(jīng)出現(xiàn)了，但直到最近元件、芯片和系統(tǒng)架構(gòu)的最新進展才使得工程師能在他們的設備中真正實現(xiàn)實用的無線充電系統(tǒng)來改善用戶體驗。
1、用戶需要什么樣的無線充電產(chǎn)品？
用戶如何與設備交互是每個優(yōu)秀的工程師在項目啟動時要問的最基本問題之一。客戶需要快速充電嗎？需要對準方面的靈活性嗎？是不是要求發(fā)熱量低？需要長距離充電嗎？需要大功率嗎？每個發(fā)射器需要多個接收器？需要很小的外形尺寸嗎？
所有這些選項都是可以滿足的，但通常需要進行折衷考慮。例如，大功率和低發(fā)熱量并不總是能夠同時滿足。距離和效率基本上是背道而馳的。因此在為某種設備設計無線充電系統(tǒng)時理解用戶需要什么以及如何對這些需求排定優(yōu)先級是很重要的第一步。
2、如何提高無線充電系統(tǒng)的效率？
在用于衡量無線充電系統(tǒng)性能的指標中，效率永遠是第一位的。天生高效的系統(tǒng)可以提供更遠的距離、更好的方向靈活性、更低的發(fā)熱量、更小的尺寸以及更小的電源漏電流。下面是無線充電系統(tǒng)中對效率有決定性影響的三個主要模塊：
無線充電系統(tǒng)的三大模塊
如果所有三個模塊都工作在最低的估算效率（即圖中所示的80%，70%和80%），那么總的系統(tǒng)效率約等于45%。對于一個5W的設備來說，需要用 11W的發(fā)射功率才能提供全速充電，大約6W消散于設備本身（作為熱量散發(fā)掉）和周圍環(huán)境中，包括空氣、裝置和人體組織。在低功率情況下，這也許是安全和 可接受的。但在較高功率時，比如電動汽車的充電，此時典型的充電功率至少要5kW，那么有6kW要損失在發(fā)射器、汽車和周圍環(huán)境中，因此會引起嚴重的發(fā)熱 和安全問題。
當無線充電系統(tǒng)的所有三個模塊都工作在最高估算效率（即95%，90%和95%）時，總的系統(tǒng)效率大約為82%。在這種情況下，一個5W的設備只需發(fā) 射器提供約6W的充電功率，只有1W因無效而損失掉。為了提高系統(tǒng)效率，設計師應專注于高效率元件，提高發(fā)射器與接收器之間的耦合程度。
3、無線充電系統(tǒng)的功率電平
使用磁場耦合的無線充電系統(tǒng)可以給從毫瓦到千瓦級的設備充電。對于毫瓦級設備來說，能量收集或射頻無線功率也許是更具吸引力的充電方案。設備的功率要求將決定你的元件選擇、可以在設計上跟你合作的公司以及設備尺寸。
4、無線充電標準與法規(guī)
在電子設備的無線充電方面目前已有多種標準，包括無線電力聯(lián)盟（A4WP）、電力事件聯(lián)盟（PMA）和無線充電聯(lián)盟（WPC）。這些標準組織存在的目的就是提供發(fā)射器和接收器之間的互操作性平臺，同時為滿足法規(guī)要求的產(chǎn)品和元件創(chuàng)新提供指導。
如果你的設備要求互操作性（用戶需要在機場或當?shù)乜Х鹊瓿潆妴幔浚?，那么你的設計就應該圍繞某個標準展開。一般來說，A4WP針對“松散耦合”系統(tǒng)提 供了技術(shù)上最先進的解決方案，WPC則擁有商用化程度最高的開發(fā)工具和組件，但它是“緊密耦合”系統(tǒng)（至少現(xiàn)在是這樣）。PMA正在與A4WP合并，為它 的共享標準提供“緊密耦合”技術(shù)。
如果你的設備不要求互操作性，用戶的設備總是使用同一種發(fā)射器，那么你就能靈活地開發(fā)私有、封閉的解決方案。當然，這種情況下利用標準組織推薦的現(xiàn)成 組件和技術(shù)仍然具有重要意義，至少在開發(fā)方便性和資源可用性方面給你提供了一個很好的起點，不過你不必非要滿足全部的標準規(guī)范。如果你的設備滿足自己的要 求，并且在法規(guī)范圍之內(nèi)，你的設計就是成功的。
5、無線充電系統(tǒng)元件選擇
由于效率為王，而元件又決定了效率，那么在選擇元件時了解你自己的想法就非常重要了。在無線充電領(lǐng)域中，開發(fā)高效率、前沿技術(shù)的元件公司有許多。舉例 來說，宜普（EPC）公司開發(fā)的增強型氮化鎵（eGaN）晶體管具有高效率的開關(guān)性能，可以用來實現(xiàn)高性能的功率放大器。在天線方面，NuCurrent 公司開發(fā)的天線結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高效率、高度靈活的小型天線。與此同時，像IDT、博通、TI和其他一些IC公司正在開發(fā)可以支持多種標準、各種功率電平和小 型尺寸的IC.因此可選的余地很大，如果你是無線充電設計的新手，最好的方法是與元件供應商或設計咨詢公司一起合作，因為他們理解無線充電的前景，可以幫 助你快速跟蹤設計需求，并把你介紹給戰(zhàn)略開發(fā)合作伙伴。
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松下無線充電參考設計
概要
松下無線電源控制IC支持所有設備（DSC、DVC、隨身聽、手機、智能手機等），符合WPC（無線充電聯(lián)盟）的WPC1.1（Qi標準）。松下無線電源方案采用了一個用于電力發(fā)射器（電池充電器）的發(fā)射端控制IC（NN32251A）和一個用于電力接收器（設備）的接收器控制IC（AN32258A），從而控制電力傳輸。
松下無線電源解決方案
NN32251A（電力發(fā)送端（Tx） IC）
內(nèi)置充跳升壓DCDC轉(zhuǎn)換器控制器
半橋門驅(qū)動器：4路（全橋門驅(qū)動器：也可配置2路）
支持單線圈（A11型）
利用最多4線圈的多線圈擴展了自由定位。（Type A6）
逆變器的高精度電壓和電流監(jiān)控
利用Qi中定義的頻率、工作狀態(tài)或電壓控制輸出
電流和電壓信號的ASK解調(diào)（符合Qi標準）
輸入電壓范圍： VADP ： 4.6 V 至 19.5 V， VINV ： 4.0 V 至 19 V
支持欠壓鎖定，熱關(guān)斷和過壓檢測
逆變器輸出短路保護
溫度檢測電路：3路
LED指示燈：2路
封裝：64引腳 HQFP （尺寸： 12 mm x 12 mm）
AN32258A （電力接收端（Rx） IC）
同步全橋整流控制
輸入電壓范圍： VRECT ： 4.4 V 至 19 V
可選輸出電壓： 5 V
溫度檢測電路
帶可調(diào)電流水平的滿充檢測
外部電源的開關(guān)控制
支持欠壓鎖定、熱關(guān)斷、過壓檢測和過流檢測
LED指示燈
I2C 接口
封裝： 48引腳 WLCSP （尺寸： 3.16 mm x 3.16 mm， 0.4 mm 腳距）
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開發(fā)套件
NN32251A 開發(fā)套件（Tx）
NN32251A開發(fā)工具包的發(fā)射模塊圖像
AN32258A 開發(fā)套件（Rx）
AN32258A開發(fā)工具包的接收模塊圖像
特點
支持各種基于WPC 1.1 （Qi 標準）設備的無線充電。
充電過程的異常檢測和各種保護功能可確保安全性和可靠性。
支持標準范圍內(nèi)的最大5W輸出進行快速充電。
提供外部低阻抗MOSFET的高效控制，降低功耗和生熱。（AN32258）
提供包括松下線圈和外圍電路在內(nèi)的解決方案，實現(xiàn)短理論到達時間（TAT）設計。
