智能手表、健身腕带和头戴式耳机等许多低功耗可穿戴设备已推向市场。估计在未来几年，这种全新的电子产品系列的阵营将会敏捷发展壮大。这些设备一般细巧纤薄，具有不同的外形和工业规划。电池的容量规模或许是100mAh～300mAh，这就决议了所需的充电速率。这类设备传统上是运用插头插孔或micro-USB衔接器进行充电。但即使是这些较小的衔接器，关于一些新的超薄可穿戴运用而言也太大了。此外，由于野外可穿戴环境的原因，衔接器污染也成了一个更严峻的问题。
图1：具有无线充电功用的智能手表
无线充电解决方案可令这些问题方便的解决，并为规划人员供给更多的时机。现有用于WPC（无线充电联盟）Qi规范的半导体器材，可轻松适用于这种较低功耗的运用。这种技能运用两个平面线圈，通过密封外壳来传输电力。关于低功耗可穿戴设备而言，细巧纤薄的低功耗接收器线圈可轻易地嵌入到密封外壳或腕带区的反面。Qi兼容器材是一种可缩短开发时刻的老练解决方案，且此类产品能取得现有WPC基础设施的支撑。
Qi兼容的无线电源体系
典型的无线电源体系在便携式设备内有一个接收器（Rx），它供给能量给电池充电。发射器（Tx）坐落一个固定的底座内，并衔接至壁挂式电源。输入电能转换为沟通电，然后在发射器线圈与接收器线圈十分挨近时，通过线圈发生磁耦合。接收器的输出在电流高达1A时一般为5V，其可为便携式设备内的电池充电器%&&&&&%供给输入功率。
图2：Qi兼容的无线电源体系方框图
该体系中的发射器作业，由接收器芯片运用经同一磁耦合途径传回的数字通讯包方式的反应进行操控。Qi兼容接收器选用负载调制以数据包方式跨两个线圈发送信息，与发射器进行通讯。发射器线圈电压和电流以2kHz的速率调制，由发射器解码并用于操控。接收器能够向发射器发送多种类型的数据包，以完结操控和信息传输。此外，通讯的失败将中止任何功率传输。Qi规范的“辨认和装备”指令数据包十分有用，可保证功率仅传输到正确的设备，然后防止潜在的危险状况。“充电完结”和“完毕功率传输”数据包也是很有用的指令，当电池充完电或呈现其他状况需求中止功率传输时可中止功率传输。这些特性可保证选用现有广为人知的规范在发射器和接收器之间进行安全的功率传输。
低功耗无线体系
通过精心调整线圈尺度和外部元件值来匹配更小尺度运用，可针对低功耗无线体系对既有的Qi兼容接收器和发射器进行优化。发射器和接收器的线圈均可减缩尺度，以习惯更小的外形。电源部分的元件（特别针对发射器）可下降功率规范。典型的WPC-1.1 Qi兼容体系可支撑功率高达5W的输出负载（一般为5V@1A）。另一方面，适用于可穿戴设备运用的低功耗体系或许具有5V@100mA～250mA的输出电力规模。大多数Qi兼容功用的运用并不影响尺度或功用。异物检测（FOD）功用是一项可选功用，可防止功率传输到充电区的杂散金属物体。在具有FOD功用的低功耗体系中，总输出功率被减小50%以上。跟着充电区域的缩小，物体进入该区域，并被加热至呈现问题的或许性也大大下降。FOD功用的要害或许首要取决于可穿戴设备充电垫或充电底座的机械规划。表1总结了选用WPC-1.1 Qi规范时的一些首要可用功用，而这些功用在定制可穿戴运用时是可选的。
表1：Qi兼容规范与可穿戴解决方案比照。
低功耗体系线圈
线圈的尺度可减小到一个点，但仍需传输功率并与发射器进行通讯。典型的线圈结构是一种在屏蔽层上用铜线制成的圆形平面线圈。代替装备是PCB或柔性电路线圈。一般状况下，这些代替物或许有更高的直流（DC）电阻（更低的功率），但会十分纤薄，该特性很合适小型低功耗运用。屏蔽层可阻挠沟通电磁场进入电子器材和电池，这也可进步线圈的功用。假定Rx线圈和Tx线圈在x-y平面上对齐，那么有两个要害要素可确认耦合系数k。第一个要素是线圈到线圈（z）的间隔，第二个要素是两个线圈直径的份额。当两个线圈间隔较近且直径相匹配时，将发生最佳耦合（最高的k）成果（参考文献2）。为保证两个线圈从一开端就能在x-y平面上严密对齐，可穿戴设备充电底座或支架的机械规划应包含有助于将设备妥善放置在支架中的物理办法。由于在本运用中接收器线圈十分小，Rx线圈和Tx线圈之间的细微失准或许导致耦合系数明显下降且功率传输功率很差。在耦合电感器体系（如WPC/Qi）中，一次线圈和二次线圈间的耦合系数（k）一般为0.5～0.7。典型变压器的k会高得多，例如0.99。当耦合系数很低时，在二次（接收器）侧需求较高的电感值，以保证输出功率的需求能得到满意。因而，那些或许具有低耦合的小型低功率设备，实际上比规范的5W规划需求更高的二次绕组电感（参考文献3），或许需求具有更多匝数、更大屏蔽层的较高电感的接收器线圈，才干到达所需的电压增益。
线圈规划
接收器线圈尺度的规划权衡要素包含线圈导线直径、屏蔽层尺度和厚度。线圈直流电阻会使接收器功率下降。接收器线圈规划需求详细的匝数，以取得所需的电感。如前所述，由于耦合系数下降，小线圈所需的电感会比大线圈高。为了在较小空间内到达较高的电感值，匝数会添加，导线直径会减小。更细的导线和更多的匝数带来的兼并效应，将迫使直流电阻升高并下降功率。屏蔽层能供给低阻抗的磁通途径，并能添加线圈的电感。此外，屏蔽层还能阻挠沟通电磁场进入电池和接收器周围的金属体。更大、更厚的屏蔽层比较好，由于较薄的屏蔽层将遭受高通量磁场饱满的危险。发射器线圈规划的物理约束较少。线圈能够更大，而且其电感能够更低。
技能点评：无线充电发射器选用线圈电压和电流以2kHz的速率调制，通过解码并用于操控；接收器直接向发射器发送多种类型的数据包，以完结操控和信息传输，已到达充电的效果，在此过程中线圈的规划尤为重要，直接决议了耗能的巨细。
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