摘要：现在比较盛行的无线充电体系选用单个发射线圈采发射能量，因而有用充电区域较小，用户体会较差。为了改进这一状况，本文规划了一种方位自在的低功耗无线充电体系，该体系运用3个发射线圈阵列来扩展方位自在，一起引进MSP430低功耗MCU来降低功耗，提高了体系的实用性。此外，该体系还具有寄生金属检测和外来物体检测功用，提高了体系的安全性。
跟着智能手机的鼓起与遍及，人们关于手机的依靠程度越来越强。可是，受限于电池技能的约束，手机的充电频率跟着功用的拓宽也急剧削减，由本来的两三天一充下降到现在的一天一充乃至更少。无线充电技能的呈现使得充电的进程愈加便利，一起也处理了不同手机之间的兼容性问题。现在，干流的无线充电技能首要包含以下3类：1)电磁感应：在两个设备平分别运用一只具有振荡电路特性的线圈组成一组收发线圈，在发送设备的线圈加上几兆赫兹的交变电流，那么接纳设备的线圈上就会发生感应电动势，然后完成了电能的无线传输。现在，依据电磁感应的无线充电技能的传输功率为几瓦到几百瓦，传输距离小于1 cm。2)无线电波：依据电磁学原理可知，竖直导体棒内经过超高频的沟通电，其周围就会构成电磁波，在特定的频率内，咱们叫这本导体棒发射出了无线电波。假如把一个圆环形的线圈作为天线，放在无线电波的周期改变的磁场里，那么线圈里就会感应出相应的电流。依据无线电波的无线充电技能运用了电波能量可以经过天线发送和接纳的原理，直接在整流电路中将电波的沟通波形变换成直流后加以运用。依据无线电波的无线充电技能的传输功率小于100毫瓦，传输距离最高可以到达10米。3)电磁共振办法：在两个共振频率相同的物体之间能有用的传输能量，而不同频率物体之间的相互效果较弱。依据这个原理，麻省理工学院的研讨小组在灯泡实验中，用两个铜线圈作为电磁共振器。其间一个线圈连接在电源上作为发射器，另一个线圈连在灯泡上作为接纳器。通电后，发射器可以以10 MHz的频率振荡，但它并不向外发射电磁波，而是在它的周围构成一个强壮的非辐射磁场。这个非辐射磁场可以和谐的与接纳线圈进行能量传输。依据电磁共振的无线充电技能的传输功率可以到达几千瓦，传输距离可达数米。
本文选用TI的BQ500410A芯片来构成无线充电体系的TX端，RX端选用TI的BQ51013B。该计划运用3个发射线圈阵列来扩展方位自在，一起具有寄生金属检测(PMOD)和外来物体检测(FOD)的功用，保证了充电进程的安全性。
1 原理介绍
1.1 传输原理
依据电磁感应的无线充电技能与变压器类似，都是依据电磁感应原理完成的。经典的电磁学可以总结为一组闻名的麦克斯韦方程组，即：
由上述麦克斯韦方程组可以看出，改变的电场会发生改变的磁场，改变的磁场也会发生改变的电场。如此重复，就构成了电磁场。以一个波长为界，在场源为中心的一个波长规模内，成为近场区，又称感应场;超出一个波长的规模成为远场区，又称辐射场。感应场内电磁场强度大，可是衰减快;相反，辐射场内电磁场强度小，可是衰减缓慢。
依据电磁感应的无线充电技能便是应用了这一原理。发射端运用逆变技能将电网整流过的直流电逆变成高频的沟通电，因而发射线圈的周围就会发生交变的磁场。坐落感应场的接纳线圈因为电磁感应的效果发生感应电动势，再经过整流、整形后供负载运用。
1.2 体系结构
一套完好的无线充电体系包含TX端和RX端两部分，其结构框图如图1所示。
无线充电的结构类似于一个空心变压器，能量传输经过线圈耦合的办法来完成。一般发射线圈及其驱动电路被安装在一个充电板内，接纳线圈及其驱动电路则被嵌入到需充电的设备中，如智能手机等。能量传输的功率与线圈之间的距离、线圈对齐的程度、线圈方向、线圈原料、磁场屏蔽、阻抗匹配、发射频率及占空比等要素有关。其间，线圈之间的距离及对齐程度对传输功率有极大的影响。
本文选用3个发射线圈阵列来扩展充电区域，以便取得更好的充电功率及体会。B0500410A以400 ms的时间距离顺次使能3个发射线圈，一起使能相应的COMM反应信号通路的模仿开关。BQ500410A会寻觅最强的COMM反应信号，然后驱动相应的发射线圈作业，以取得最好的线圈匹配。因而，在同一时间只要一个发射线圈是作业的，其他两个发射线圈则处于待机状况。
为了削减电磁辐射，该无线充电体系还在收发两头线圈的背部各添加了一块铁氧体隔磁片，使得能量传输的区域被约束在了两块隔磁片之间，避免了无线充电体系作业时发生的辐射对智能手机或其它设备带来搅扰。
1.3 FOD和PMOD
外部物体检测(FOD)和寄生金属检测(PMOD)是本文规划计划的另一大特色。金属物体处在沟通磁场中会发生涡流，因而处于安全考虑，需实时检测TX端和RX端之间是否存在外部物体及寄生金属。体系作业时，BQ500410A实时监测输入电压及输入电流并核算输入功率。一起，BQ51013B也会实时监测充电电压及充电电流，并将输出功率经过通信协议反应给BQ50041A。BQ50041A可以经过电阻装备损耗阈值，假如输入功率与输出功率之间的差值大于此损耗阈值，则BQ50041A会报警并间断能量传输。
1.4 低功耗
本文经过添加TI的MSP430低功耗MCU合作BQ500410A来完成体系的低功耗。为了完成低功耗，一种最直接的办法是无负载时直接关断电源使BQ50041A彻底关机。可是这样做的话，包含充电状况、过错状况、操作形式及驱动引脚状况信息等将会彻底丢掉。添加MSP430后，BQ50041 0A可以周期性的关机来节节约功耗，其唤醒信号由MSP430来供给。一起，各种状况信息也由MSP430来保存，LED状况指示灯也由原先的BQ5004 10A驱动变为由MSP430来驱动。如此一来，尽管体系的复杂度及本钱提高了，可是待机功耗由原先的300 mW降低到90 mW左右。
2 结束语
本文提出的无线充电体系处理了传统的单线圈计划充电区域小的问题，极大的提升了用户体会。因而，本文的计划具有更高的商场价值。此外，本文添加的低功耗电路可以将待机功耗从300 mW降到90 mW，可以更好的满意一些低功耗设备的需求。
