成功開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)電源解決方案的回報是豐厚的。 根據研究和技術(shù)咨詢(xún)公司 IHS 提供的信息，到今年年底，使用無(wú)線(xiàn)電源的設備將達到 1 億臺左右。 而 2012 年，無(wú)線(xiàn)充電裝置的數量估計僅有 5 百萬(wàn)左右。 有趣的是，有三家標準組織在爭奪這塊新興市場(chǎng)。1無(wú)線(xiàn)電源聯(lián)盟 (WPC) 于 2008 年發(fā)布了首個(gè)無(wú)線(xiàn)電標準，隨后電源事務(wù)聯(lián)盟 (PMA) 于 2012 年提出了一種替代解決方案。 2012 年還推出了第三項計劃——無(wú)線(xiàn)電力聯(lián)盟 (A4WP)。

最近，A4WP 和 PMA 簽訂了一份協(xié)議，雙方將合并并創(chuàng )建單一機構，致力于滿(mǎn)足消費者的無(wú)線(xiàn)感應充電需求。 該聯(lián)盟旨在打造可互操作的無(wú)線(xiàn)充電生態(tài)系統，這對于促進(jìn)消費者廣泛采用該技術(shù)至關(guān)重要。 Samsung Electronics 和 Qualcomm 等公司支持 A4WP，而 Duracell 和 AT&T 則支持 PMA。

感應充電

目前 WPC 的成員數最多，超過(guò) 200 多家，其無(wú)線(xiàn)充電標準 Qi 也最流行，市面上有 600 多款 Qi 認證產(chǎn)品和 5 千萬(wàn)臺 Qi 設備。 根據 WPC 提供的信息，主要手持設備制造商有 70 多款智能手機采用了 Qi 規范;全球行駛的約 15 款車(chē)型集成了 Qi 充電功能。

如圖 1 所示，Qi 系統包括功率發(fā)射板，以及便攜式設備中的兼容型接收器線(xiàn)圈。 Qi 系統使用感應耦合現象在兩個(gè)線(xiàn)圈之間傳輸功率。 因此，初級(發(fā)射器)線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在次級(接收器)線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電流。 然后，使用接收的電流為電池充電或為負載供電。 通常，兩個(gè)線(xiàn)圈之間的距離是 5 毫米，發(fā)射器與接收器耦合消耗的功率不超過(guò) 5 W。工作頻率范圍為 100 - 205 kHz。 這一 Qi v1.0 初始規范于 2009 年 8 月發(fā)布。 為了給發(fā)射器提供更大的設計空間，幾年后引入了 Qi v1.1。 該規范允許更長(cháng)的耦合距離。 根據 v1.1 規范，Qi 充電器可通過(guò) 40 毫米臺式設備向 Qi 接收器提供 5 W 的功率。

圖 1：典型無(wú)線(xiàn)充電系統使用兩個(gè)磁耦合電感器、一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和一個(gè)接收器線(xiàn)圈。 發(fā)射器線(xiàn)圈中的交流電產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在接收器線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電壓。 (：無(wú)線(xiàn)電源聯(lián)盟)

為了使 Qi 充電器具有更大的靈活性，WPC 于 2014 年夏將標準更新至 1.2 版。 Qi v1.2 擴展了最新的規范，在 Qi 規范中針對現有的感應技術(shù)增加了諧振充電。 這樣，制造商可以選擇小心地在結構體(如家具和桌面)中更深地嵌入無(wú)線(xiàn)充電器，并采用直接接觸的低成本表面應用。 該規范還兼容 v1.1 接收器。

根據 WPC 提供的信息，其成員公司使用 Qi v1.2 原型接收器演示了在 45 毫米距離內的充電功能。 而且，現有 Qi v1.1 系統與 v1.2 原型系統之間已成功完成互操作性測試。 這意味著(zhù)，移動(dòng)設備再也不必直接接觸充電板。 因此，單個(gè) Qi v1.2 發(fā)射器可以同時(shí)為多臺 Qi 設備充電。 并且，最新的 Qi 規范還允許發(fā)射器為廚房應用提供最高 2000 W 的功率。

符合 Qi 規范的解決方案

WPC 的創(chuàng )始會(huì )員 TI 為系統的發(fā)射器端和接收器部分開(kāi)發(fā)了 IC。 該公司通過(guò)吸收新成員，不斷擴充其無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品組合。 去年，該公司推出兩款符合 Qi 規范的單片接收器 bq51020 和 bq51021。 該單片 5 W 接收器可提供整流、調節、數字控制和通信功能，以支持 Qi v1.1 規范(圖 2)。 TI 表示，這些接收器 IC 專(zhuān)門(mén)用于為符合 Qi 規范的手機、平板電腦和其他電子產(chǎn)品充電，相比其他可用的無(wú)線(xiàn)電源解決方案，速度更快、效率更高。 接收器的可編程輸出電壓高達 8 V，并采用低導通電阻 MOSFET，從而降低了多達 50% 的功耗。 此外，bq51021 還帶有一個(gè) I2C 接口，能讓系統設計人員實(shí)現異物檢測 (FOD)，以及一個(gè)獨特的“充電板檢測”功能，從而讓接收器更輕松地與充電器配對，提供更好的用戶(hù)體驗。

圖 2： TI 的單片接收器 bq5102x 可提供整流、調節、數字控制和通信功能，以支持 Qi v1.1 規范。

在發(fā)射器端，該公司增加了新一代芯片 bq500212A，只需更少的元件便可完成解決方案，并能通過(guò) USB 端口或 5 V 電源供電。 該芯片符合 WPC 的 v1.1 A5 型或 A11 型發(fā)射器線(xiàn)圈規范(圖 3)。 本質(zhì)上，該控制器集成了向符合 Qi v1.1 規范的接收器芯片傳輸無(wú)線(xiàn)功率所需的全部控制功能。 其他主要功能包括動(dòng)態(tài)功率限制、FOD 以及增強型寄生金屬物體檢測功能 (PMOD) 。 根據供應商的介紹，該芯片具有全面的狀態(tài)和故障監控功能，可實(shí)現符合 Qi 規范的低成本、堅固耐用的無(wú)線(xiàn)電源系統設計。

圖 3： 采用 TI 無(wú)線(xiàn)電源控制器 IC bq500212A 的典型發(fā)射器電路。

去年，TI 還推出了雙模式 5W 接收器 bq51221，其通信和控制功能可兼容 WPC 的 Qi v1.1 和 PMA 協(xié)議。 這種單芯片無(wú)線(xiàn)電源接收器可提供電源轉換(整流和調節)，以及適合兩種標準的數字化控制和通信。 無(wú)需更多軟件開(kāi)發(fā)工作。 此外，該芯片還具有動(dòng)態(tài)整流器控制功能，可在保持較小的解決方案尺寸的同時(shí)提供高能效。

為了增強無(wú)線(xiàn)充電器的功能，TI 最近發(fā)布了業(yè)內首個(gè)完全集成的 10 W 無(wú)線(xiàn)充電解決方案。該方案符合 Qi 標準并向后兼容 5 W Qi 接收器。 其中包括無(wú)線(xiàn)電源接收器芯片 bq51025 和對應的無(wú)線(xiàn)電源發(fā)射器 bq500215。 據 TI 介紹，完成配對后，接收器支持 4.5 V 到 10 V 的可編程輸出電壓，并能在 10 W 時(shí)達到高達 84% 的充電效率。 這種全封閉式無(wú)線(xiàn)電源接收器解決方案的尺寸僅為長(cháng) 3.60 毫米，寬 2.89 毫米，適合在許多便攜式工業(yè)設計中使用，從收銀機 (POS) 掃描儀到手持式醫療診斷設備，以及平板電腦和超級本等個(gè)人電子設備。 圖 4 顯示了基于無(wú)線(xiàn)電源接收器芯片 bq51025 且符合 Qi v1.1 規范的典型接收器電路 。

圖 4： 基于無(wú)線(xiàn)電源接收器芯片 bq51025 且符合 Qi v1.1 規范的接收器電路。 輸出為 7 V，最大輸出電流為 1.4 A。

類(lèi)似的，專(zhuān)用定頻無(wú)線(xiàn)數字發(fā)射器 bq500215 符合 Qi v1.1 規范，具有高達 5 W 的功率輸出，并采用專(zhuān)有的雙向通信協(xié)議，可使用無(wú)線(xiàn)接收器 bq51025 實(shí)現高達 10 W 的充電功率。 這款器件采用 FOD 方法在傳輸功率之前檢測物體，并在檢測到過(guò)高的損耗時(shí)主動(dòng)切斷電源。

總之，感應式充電還在不斷發(fā)展，TI 等供應商擁有完備的、符合新興標準的整體系統解決方案。 通過(guò)這種方式，他們讓有意愿的制造商能夠更輕松地進(jìn)入這一快速增長(cháng)的市場(chǎng)，并為其提供廣闊的市場(chǎng)前景。