基于無(wú)線(xiàn)充電WPC標準的分析以及低功耗的特性

引言

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在消費類(lèi)市場(chǎng)表現出巨大的潛力。在不使用連線(xiàn)的情況下給電子設備充電不但可為便攜式設備用戶(hù)提供一種便利的解決方案，而且還讓廣大設計人員能夠尋找到更具創(chuàng )新性的問(wèn)題解決方法。許多電池供電型便攜式設備均能受益于這種技術(shù)，從手機到電動(dòng)汽車(chē)不一而足。

電感耦合方法可以實(shí)現高效和通用的無(wú)線(xiàn)充電。為了便于使用并且讓設計人員和消費者都受益，無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟 （WPC） 制定出了一種標準。在供電設備（電力發(fā)射器，充電站）和用電設備（電力接收器，便攜式設備）之間創(chuàng )建了互操作性。WPC 成立于 2008 年，由亞洲、歐洲和美國的各行業(yè)公司組成，其中包括電子設備制造廠(chǎng)商和原始設備制造商 （OEM）。WPC 標準定義了電感耦合（線(xiàn)圈結構）的類(lèi)型，以及低功耗無(wú)線(xiàn)設備所用的通信協(xié)議。在這種標準下工作的任何設備都可以與任何其他 WPC 兼容設備配對。這種方法的一個(gè)重要的好處是其利用這些線(xiàn)圈來(lái)實(shí)現電力發(fā)送器和電力接收器之間的通信。典型的應用圖，請參見(jiàn)圖 1。

1? 無(wú)線(xiàn)充電 WPC 標準

WPC 標準下，無(wú)線(xiàn)傳輸的“低功耗”就是說(shuō)功耗僅為 0～5W。達到這一標準范圍的系統在兩個(gè)平面線(xiàn)圈之間使用電感耦合來(lái)將電力從電力發(fā)送器傳輸給電力接收器。兩個(gè)線(xiàn)圈之間的距離一般為 5mm。輸出電壓調節由一個(gè)全局數字控制環(huán)路負責，這時(shí)電力接收器會(huì )與電力發(fā)送器通信，并要求或多或少的功耗。該通信是一種通過(guò)反向散射調制從電力接收器到電力發(fā)送器的單向通信。在反向散射調制中，電力接收器線(xiàn)圈受到負載，從而改變電力發(fā)送器的電流消耗。我們對這些電流變化進(jìn)行監控，并解調成兩個(gè)設備協(xié)同工作所需的信息。

WPC 標準定義了系統的三個(gè)主要方面——提供電力的電力發(fā)送器、使用電力的電力接收器以及這兩種設備之間的通信協(xié)議。下面，我們將詳細介紹這三個(gè)方面。

2? 電力發(fā)送器

電力傳輸方向始終是從電力發(fā)送器到電力接收器。電力發(fā)送器的關(guān)鍵電路是用于向電力接收器傳輸電力的一次線(xiàn)圈、驅動(dòng)一次線(xiàn)圈的控制單元以及解調一次線(xiàn)圈電壓或者電流的通信電路。我們對電力發(fā)送器設計的靈活性進(jìn)行了限制，旨在向電力接收器提供一致的電力和電壓電平。

電力接收器將自己作為電力發(fā)送器的一個(gè)兼容設備，同時(shí)也提供配置信息。一旦發(fā)射器開(kāi)始電力傳輸，電力接收器就向電力發(fā)送器發(fā)送一些誤差數據包，從而要求或多或少的電力。一旦接收到一個(gè)“終止電力”消息，或者如果 1.25 秒以上都沒(méi)有接收到數據包，則電力發(fā)送器停止供電。沒(méi)有電力傳輸時(shí)，電力發(fā)送器則進(jìn)入低功耗待機模式。

WPC 規范允許使用固定和移動(dòng)配置。單個(gè)固定線(xiàn)圈（稱(chēng)作類(lèi)型 A1）為 TI 支持的解決方案。

電力發(fā)送器（其通常為一個(gè)平面用戶(hù)將電力接收器放置在上面）連接至電源。符合 WPC 標準的設備線(xiàn)圈起到了一個(gè) 50% 占空比諧振半橋的作用，其輸入為19-VDC（±1 V）。如果電力接收器需要或多或少的功率，則線(xiàn)圈頻率會(huì )發(fā)生變化，但會(huì )保持在 110 到 205kHz 之間，具體取決于功率需求。
?