在手机和其它小型便携式运用中，无线电
源体系不断得到认可。现有规范受限于5W电力传输，可是智能手机、平板电脑和便携式工业及医疗运用不断添加的电力需求对供电才能提出了更高的要求。跟着输出功率的添加，有必要在体系规划开端就将功率和热功能考虑在内。这篇文章回忆了可批量生产的10W无线电源体系的完成办法，并供给了与体系功能优化有关的体系规划攻略。咱们还给出了一些现已在10W运用中成功测验的收发器 (TX) 和接收器 (RX) 线圈的示例。
源体系不断得到认可。现有规范受限于5W电力传输，可是智能手机、平板电脑和便携式工业及医疗运用不断添加的电力需求对供电才能提出了更高的要求。跟着输出功率的添加，有必要在体系规划开端就将功率和热功能考虑在内。这篇文章回忆了可批量生产的10W无线电源体系的完成办法，并供给了与体系功能优化有关的体系规划攻略。咱们还给出了一些现已在10W运用中成功测验的收发器 (TX) 和接收器 (RX) 线圈的示例。 无线电源多年前就现已呈现，方式也有多种，不过最近才因为行业规范的呈现而变得更为遍及。智能手机和小型平板电脑是现在运用无线电源的首要产品类别。可是，这项技能也开端扩展到可穿戴设备以及医疗和工业运用。当无线电源与无线连通技能合作运用时，就可以使无外部接头、彻底密闭设备的规划成为或许。这使得无线电源成为一切需求在室外或湿润环境中运转的便携式体系的抱负挑选。
源多年前就现已呈现，方式也有多种，不过最近才因为行业规范的呈现而变得更为遍及。智能手机和小型平板电脑是现在运用无线电源的首要产品类别。可是，这项技能也开端扩展到可穿戴设备以及医疗和工业运用。当无线电源与无线连通技能合作运用时，就可以使无外部接头、彻底密闭设备的规划成为或许。这使得无线电源成为一切需求在室外或湿润环境中运转的便携式体系的抱负挑选。 现有的工业规范只要有限的功率输出才能通，常在5W规模内。更高功率规范的开发正在进行傍边，到2014年12月，还未彻底确认。因而，那些需求更高功率水平来为较大容量电池充电的器材就需求定制或专有规划。尽管体系规划人员有或许运用规范组件“从零开端”，可是这种办法就很难完成终端产品快速投放市场的这一方针。现在市面上的互补发射器和接收器芯片组可完成针对便携式运用的10W无线电源体系的立刻规划，其间包含一个和两个电池节电池组架构。
无线电源体系架构
图1中显现的是一张严密耦合智能无线电源体系的简化图。假如从原理图的视点来看，它看起来很像一款变压器耦合阻隔式电源转化电路。可是在这里, 初级线圈和次级线圈是彻底别离开来，而不是绕在同一磁芯上的。电能从发射器（初级，或TX）端传输到接收器（次级，或RX）端，而接收器电路以数字脉冲的方式将反应发送回磁耦合器材。
图1：典型无线电源体系架构图
参阅文献 [2] 具体介绍了无线电源的根本概念，而参阅文献 [3至6]为无线电源用具供给了其它体系规划攻略。
将功率功能扩展至10W就不得不有几点额定的考虑。首要，有必要将硅功率元件规划成可以处理所需的峰值和继续功率水平。在发射器端，功率FET元件在发射操控器的外部，所以可依照需求将它们晋级为可以处理峰值电流。在接收器端，解决方案的小尺度是非常重要的，集成FET器材被用来供给单芯片用具。为了供给高功率并改善热功能，与之前的5W接收器比较，RX操控器中的FET具有更低的RDS(on)。磁性元件，即TX和RX线圈也有必要具有可以处理10W电源传输所需的更高峰值电流的额定值。最终，因为10W体系的磁场强度更高，相关于5W体系来说，接收器端的屏蔽规模就需求扩展。这关于为体系中的金属元件供给更好的屏蔽，最大极限地下降接收器端的“挨近、触摸金属”损耗，并尽或许地进步体系功率也是有必要的。
现在再来参阅一下图1，咱们注意到RX操控器供给到TX操控器的反应，要求TX依据不同负载条件，以及线圈对齐/耦合功率等的需求来改动其输出功率。一种改动输出功率的常见办法是用稳定振幅/可变频率ac信号来鼓励线圈。别的一个代替办法是用可变振幅/固定频率鼓励。
可变频操控免除了关于TX端上可调前置稳压级的需求，而是依托TX/RX谐振电路的共振调谐。当TX作业频率挨近共振点时，最大或许功率从TX传输到RX。为了削减传递到RX端的功率，TX操控器添加其频率，使其远远高于共振峰值。在RX需求较少的功率等较轻负载情况下，TX频率往往会添加。可是，这个办法使得电力传输/操控进程在很大程度上取决于线圈调理。当在较高功率水平下运用时，一个可变频率架构在电磁搅扰 (EMI) 操控方面也会提出一些问题。
10W发射器体系运转在固定频率下，可是却运用一个可调前置稳压器来改动用于线圈鼓励的直流电压轨。一个全桥电路被用来生成用于TX线圈的沟通鼓励电流。图2中显现的是一个定频 (10W) 无线电源发射器体系的根本方框图。当RX需求更多的输出功率时，直流电压轨为TX线圈功率级供给的电压会添加。直流电压跟着RX负载的下降而削减。
图2. 具有一个无线数字操控的10W无线电源发射器
10W体系的可调输出电压和热功能
第一代5W无线电源体系通常在接收器端发生一个固定的5V输出电压。这现已足够为一个充电率在1A规模内的单节锂离子电池充电了，而从本质上讲，这个电源体系与随处可见的USB类型电源很类似。可是，跟着便携式器材内电池容量的添加，要坚持快速的充电时刻就需求更高的电流。
bq51025 10W无线接收器输出电压可在5V至10V的规模内用外部反应电阻器进行调理。这样就可完成对一节或两节串联电池装备的充电，并且在与一个宽输入电压规模开关形式NVDC类型充电器组合在一起时，可以坚持单节电池充电情况下的高功率[7]。在比如无线RX输出情况下，NVDC充电器架构在削减较高电压电源所需的输入电流的一起，可完成低压电池的高效充电。图3显现的是无线接收器电路板在为负载供给一个10W电源的一起，在5V，7V和10V输出设置下的热呼应（分别为图. 3a，b和c）。很明显，10V输出情况下发生的热量最少，应该在高频开关形式充电器可用于电池充电的情况下运用。
图3. 无线接收器在10W负载条件下的散热丈量。
图4. 无线电源接收器和要害谐振电容器
在运用C0G（较大封装，低串联等效电阻 (ESR)）和X7R（较小封装，较高ESR）时的热功能差异是非常可观的（图5）。
图5.电容器对热功能的影响
较小的、高ESR电容器会成为RX印刷电路板 (PCB) 上温度最高的当地。由这些电容器所导致的PCB温度上升，会阻止其发出%&&&&&% (IC) 自身发生的热量，这也就意味着%&&&&&%和PCB的整体温度都会添加。又因为运用了较小的谐振%&&&&&%器，总功率从80%下降到74%。
图6显现的是运用一个无线电源发射器 (bq500215) 与一个无线电源接收器 (bq51025) 、评价板 (EVM) 和恰当组件挑选组合装备的10W无线电力传输的整体体系功率。
图6. 在5V，7V和10V输出设置时，10W电源体系的端到端功率
线圈挑选攻略
bq500215发射器评价模块运用一个无线电源联盟 (WPC) 类型的29，10µH，30mΩ线圈，其额定电流为9A。除了10W接收器之外，这个线圈保证了与之前5W WPC类型接收器的兼容性。
在接收器端，应该对线圈参数进行优化，以匹配运用的方针输出电压。在需求5V输出的情况下，RX线圈的标称电感值应该在10µH规模内；关于7V或10V的较高输出电压，RX线圈应该在15µH的规模内。
尽管抱负状况是最大极限地削减线圈的直流电阻 (DCR)，可是在较高的输出电压情况下，答应略微地添加DCR来应对较低的电流。图7显现的是两个典型RX端线圈。一切RX和TX线圈拼装时需求反面屏蔽资料。
图7. 针对5V，7V和10V输出要求的典型RX线圈技能规范
电池充电时刻比较
最终，履行一个10W无线电源体系的原因是削减高容量电池的充电时刻。图8显现了与bq24261 NVDC开关形式充电器组合运用时，运用5W和10W无线电源体系时针对3.1Ah锂离子电池的充电时刻。充电时刻被大幅削减—从运用5W充电器时挨近4个小时削减到运用10W充电器时的少于3小时。因为锂离子电池充电算法的逐步下降“渐止”特点，总充电时刻的削减值与供给的电源不直接成份额。可是，代表满充电状况大约70%的稳定电流到稳定电压形式的转化点减小到了本来的一半（图8）。
图8. 用10W无线电源体系削减电池充电时刻
在规划一个完好的10W电源体系时，还有许多需求考虑在内的其它细节。参阅文献 [9-10] 供给了运用TI 10W无线电源解决方案来完成一个体系的完好攻略和规划计算结果。
参阅文献
1.无线电源联盟规范
2.Sengupta & Johns, “运用Qi协议的遍及兼容无线电源,” 低功率规划
3.Tahar Allag, “无线电源接收器的测验和排错,” 运用陈述 (SLUA724)，德州仪器 (TI)，2014年8月
4.Johns, Antonacci, 和 Siddabatula, “规划一个用于无线电源体系的Qi兼容接收器,” 模仿运用期刊 (SLYT479), 德州仪器 (TI)，2012年3季度
5.Tahar Allag，“无线电源接收器布局布线攻略,” 运用陈述 (SLUA710), 德州仪器 (TI)，2014年6月
6.Ilya Kovarik, “构建无线电源接收器
7.Jing Ye, “NVDC充电规划注意事项和权衡考虑” 视频教程
8.Würth Elektronik (http://katalog.we-online.de/pbs/datasheet/760308141.pdf)
9.Norelis Medina, 10W 无线电源体系视频演示
10.下载这些数据表：bq500215, bq51025, bq24261
