隨著(zhù)便攜式設備電源使用要求的增長(cháng)，廣大消費者需要一些易用的充電解決方案。這些解決方案可以在各種環(huán)境下使用，例如：家庭、辦公室、汽車(chē)、機場(chǎng)、學(xué)校等等。無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)已經(jīng)制定出了業(yè)界首個(gè)互操作標準(Qi)，讓所有兼容發(fā)送器(compliant transmitter)能為來(lái)自不同廠(chǎng)商、不同電源要求的兼容接收機(compliant receivers)供電。

技術(shù)進(jìn)步讓便攜式設備產(chǎn)品一代比一代智能。提高易用度以及設備功能的增多都對電源提出了新的需求。消費者發(fā)現為設備充電的次數越來(lái)越頻繁，需要一些更加方便有效的方法來(lái)為解決充電問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)提供了一種解決方案，讓便攜式設備通過(guò)一個(gè)發(fā)送器墊來(lái)充電，無(wú)需任何電氣連接。如今，人們開(kāi)發(fā)出多種形式的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，但是最為成功的商業(yè)應用卻是基于電感的電力傳輸，例如：電動(dòng)牙刷等。這種技術(shù)更易于適應各種商業(yè)應用，實(shí)現互操作。

互操作性是指任何發(fā)送器都能夠為任一移動(dòng)設備供電，而與電源要求、外形尺寸和廠(chǎng)商無(wú)關(guān)�，F有感應無(wú)線(xiàn)充電解決方案，要求消費者購買(mǎi)指定的充電墊，另外還需購買(mǎi)便攜式設備的附件。市場(chǎng)調查表明，消費者感興趣的解決方案是一種比現有有線(xiàn)充電方法更加方便的互操作解決方案。

WPC基于感應電力傳輸制定了Qi互操作標準，解決了5W以下手持設備的無(wú)線(xiàn)充電問(wèn)題。該聯(lián)盟致力于通過(guò)建立一種全球互操作的基礎架構，讓無(wú)線(xiàn)充電成為一種無(wú)處不在的普及技術(shù)。

WPC標準

圖1顯示了一個(gè)WPC型感應無(wú)線(xiàn)充電系統的結構圖。發(fā)送器由AC/DC電源轉換、驅動(dòng)器、發(fā)射線(xiàn)圈、電壓與電流檢測以及控制器組成。接收機由接收線(xiàn)圈、整流、電壓調節(即穩壓調節),及一個(gè)控制器組成。該系統的負載可以為任何電池供電型設備，例如：一部手機。

電力傳輸

電力通過(guò)一個(gè)耦合磁場(chǎng)從發(fā)送器傳輸至接收機，而該磁場(chǎng)是在交流電流經(jīng)發(fā)送器線(xiàn)圈時(shí)形成的。如果接收機線(xiàn)圈較為接近(X、Y或者Z尺寸間隙小于5mm)，大部分發(fā)送器場(chǎng)力線(xiàn)會(huì )耦合至接收機線(xiàn)圈。這些耦合場(chǎng)力線(xiàn)在次級線(xiàn)圈中形成交流電，對其整流可產(chǎn)生直流電壓，從而為手機或者其他便攜式設備提供電源。

通信協(xié)議

該標準利用反向散射調制實(shí)現接收機到發(fā)送器之間的通信。通過(guò)接收機調節與線(xiàn)圈并聯(lián)的負載(可以為電阻式或者電容式)來(lái)實(shí)現，其反過(guò)來(lái)又通過(guò)耦合磁場(chǎng)調制初級電流。發(fā)送器通過(guò)檢測初級線(xiàn)圈電流，對通信信號進(jìn)行解調。該通信信道允許向發(fā)送器發(fā)送消息，目的是控制幾種系統級功能：

1、識別：接收機一定能夠讓發(fā)送器將自己識別為一部WPC兼容設備，這種特性提高了安全性，因為一個(gè)WPC兼容發(fā)送器無(wú)法為一個(gè)非兼容接收機供電。

2、電源要求：接收機可以要求發(fā)送器增加或者降低輸出功率(最大5W)。由于接收機可以讓其接收到的功率適合于其當前負載需求，因此系統可以更加智能高效。

3、電力傳輸控制：接收機可以通過(guò)發(fā)送一條結束電力傳輸消息，關(guān)閉發(fā)送器。例如，電池完全充電狀態(tài)時(shí)，接收機便不再需要電力。關(guān)閉發(fā)送器，意味著(zhù)該系統具有非常低的待機功耗。

磁性組件

磁性組件或者線(xiàn)圈、屏蔽層和磁鐵/吸引器的組合，是WPC系統不可或缺的組成部分，需要仔細的設計考慮，因為它們對總系統性能有重要的影響。

由于發(fā)射端的實(shí)現對外形尺寸沒(méi)有嚴格的限制，因此WPC標準固定了磁性設計的發(fā)射端。這樣便可讓次級線(xiàn)圈施加的磁場(chǎng)強度和分布保持一致，從而實(shí)現可靠的系統運行。WPC v1.0規范為這些發(fā)射端設計提供了指導。由于存在實(shí)質(zhì)不同的整體外形尺寸，我們無(wú)法標準化接收端磁性組件。磁性組件廠(chǎng)商已經(jīng)順應了這一技術(shù)發(fā)展趨勢，為發(fā)送器提供WPC兼容磁解決方案，同時(shí)為接收機提供定制解決方案。這些解決方案可以以集成組件(線(xiàn)圈+屏蔽層)或者單獨配件(單獨的屏蔽層和線(xiàn)圈)的方式購買(mǎi)。

接收機架構

提供Qi兼容產(chǎn)品的最快速途徑是，提供電源或者直接電池充電實(shí)現的附加解決方案。

電源實(shí)施

圖 2顯示了一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電接收機如何模仿電源適配器的運行，向移動(dòng)設備提供5-V、5-W電源。在這種最簡(jiǎn)單的實(shí)施中，接收機和移動(dòng)設備之間僅要求兩個(gè)觸點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)電源和接地。由于大多數第一代Qi產(chǎn)品都沒(méi)有去除掉有線(xiàn)連接器，因此圖2還顯示了如何通過(guò)一個(gè)有線(xiàn)適配器或者無(wú)線(xiàn)電源來(lái)實(shí)現充電。兩個(gè)電源都連接至移動(dòng)設備內部的電源復用器。一般而言，適配器電源是默認選擇，而在沒(méi)有適配器的情況下才使用無(wú)線(xiàn)電源。

當有適配器或者電池充電結束時(shí)，需要中斷無(wú)線(xiàn)電力傳輸。要實(shí)現這個(gè)功能，可以在接收機處于無(wú)負載狀態(tài)時(shí)向發(fā)送器發(fā)送一條消息來(lái)終止電力傳輸。通過(guò)打開(kāi)復用器的無(wú)線(xiàn)電源接收機開(kāi)關(guān)，可以模擬這種狀態(tài)。無(wú)負載狀態(tài)的更多詳情，可以利用更多觸點(diǎn)來(lái)獲得。

在三觸點(diǎn)解決方案中，充電結束時(shí)，移動(dòng)設備向接收機發(fā)送的一條數字終止信號被驅動(dòng)為高電平。接收機進(jìn)入無(wú)負載狀態(tài)，之后向發(fā)送器發(fā)送關(guān)于充電完成的額外信號，讓發(fā)送器結束供電。發(fā)送器利用這一信息，通過(guò)一個(gè)LED燈通知用戶(hù)充電完成。

在四觸點(diǎn)解決方案中，檢測信號可用于測量適配器電壓，并通知發(fā)送器結束電力傳輸，無(wú)需發(fā)送終止消息。

直接電池充電器的實(shí)施

圖 3顯示了一個(gè)直接電池充電器的實(shí)現，其無(wú)線(xiàn)電源直接提供給電池。通過(guò)調節控制器充電算法的充電曲線(xiàn)，這種實(shí)現可以支持任何電池化學(xué)物質(zhì)。利用I2C或者 SMBus，可讓接收機變得“智能”，這樣主機便可以收集測量信息(例如：整流功率)，并設置充電參數。兩個(gè)充電器本質(zhì)上與電池連接：有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)充電通路。通過(guò)檢測適配器電壓探測到有線(xiàn)適配器時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收機充電算法便終止。

由于移動(dòng)設備的高系統集成度，這種實(shí)施不僅對整體移動(dòng)設備外形尺寸產(chǎn)生的影響最小，效率也最高。