便攜醫療設備的無線充電設計

　　核心提示：無線充電近在咫尺，現在已經擴展到醫療和其他便攜式設備上。本文主要介紹便攜醫療設備的無線充電設計與實現。

　　想象一下，你是一家大城市急救室的醫療技師。你在各個病房之間穿梭，使用便攜式診斷設備協助醫護人員做診斷。工作壓力大，病人源源不斷，你根本沒時間去找插座，把你的設備插上去。你大概愿意把設備放到一個地方，讓它自動充電。這樣你就能到下一個病人或傷者那里，他們需要動作迅速和高效的醫護人員。對你和病人來說幸運的是，無線充電已經是一種現成的技術。

　　標準

　　行業標準規范正在引領無線充電的發展。無線充電聯盟（WPC）的標準也被稱為Qi（發音“奇”）。這個規范又分為系統的三個核心部分：功率發射器、功率接收器以及這兩個器件之間的通信協議。這個標準的主要特點是（見圖1）：

　　圖1：無線充電系統方塊圖（來源：無線充電聯盟網站）

　?。?）一種從底座到便攜式設備的非接觸式功率傳輸方法，這種方法的物理基礎是線圈之間的近場電磁感應。

　?。?）使用一個次級（或接收）線圈傳輸大約5W功率。

　?。?）工作頻率范圍為110Hz至 205kHz。

　?。?）在底座表面擺放便攜式設備的方式有兩種：一種方式是在底座表面的指定位置擺放便攜式設備，底座通過該表面的一個或幾個固定的位置提供能量；自由定位允許便攜式設備隨意擺放在充電站表面，從該表面的任何地方提供能量。

　?。?）可以達到非常低的待機功耗，這取決于具體的實現方法。

　?。?）能夠靈活地把系統集成到便攜式設備。

　　能量傳輸過程

　　一個簡單的通信協議就能夠使便攜式設備完全控制能量傳輸過程。能量傳輸過程分為4個階段：

　?。?）選擇階段：功率發射器監視充電接口，探測待充電的設備是否擺放到位。如果沒有探測到設備，功率發射器將不停地查驗（ping）功率接收器。如果在給定的時間里沒有探測到要充電的設備，功率發射器就會進入待機模式。

　?。?）ping階段：類似于聲納，功率發射器發出一個數字ping信號，探測可充電設備。如果探測到設備，功率發射器就把功率信號保持在ping信號的電平，然后進入識別和配置階段。如果沒有探測到設備，功率發射器就返回到選擇階段。

　?。?）識別和配置階段：功率發射器與功率接收器協商，確定給接口上需要充電的設備提供多大的功率。如果設備從接口上移開，功率發射器就返回到選擇階段。

　?。?）功率傳輸階段：功率發射器向功率接收器提供能量，根據功率接收器的反饋情況調整所需要的電流。在功率傳輸過程中出現異常情況時，安全功能會適時關閉功率傳輸，并返回到選擇階段。

　　這個標準已經得到電子行業各領域內超過90家公司的支持。

　　技術

　　無線充電使用近場電磁感應原理，將能量從充電底座（襯墊）傳送到便攜設備。在不斷變化的距離上，充電襯墊中的發射器線圈（Tx）向嵌入在手機等便攜式設備中的接收器線圈（Rx）傳送能量。充電襯墊里的發射器/初級線圈在上電時產生一個類似于傳統變壓器的電磁場，感應電流流過便攜式設備上的次級線圈（充電底座有一個功率轉換電路，將電能轉換為電磁場。在接收器端，功率接收單元將電磁場重新轉換為電能，對設備的電池充電）。發射器和接收器相互通信，控制充電過程。

　　Vishay Dale Electronics公司的IWAS系列Qi無線充電接收線圈/防護罩，是第一批可用于符合WPC規范的器件的商用無線充電線圈。IWAS系列的效率達到70%或更高，為接收線圈提供高磁導率防護罩，阻斷充電磁通，防止它損壞敏感器件或電池。IWAS系列無線充電接收線圈/防護罩的性能不會受到永磁體的不利影響。