无线充电准备启程

作者：IDT 科技模拟与电源事业部技术市场总监Siamak Bastami

对于消费类市场，磁感应（Magnetic Induction，简称 MI）或磁共振（Magnetic Resonant，简称 MR）都是备选方案。无论消费市场朝哪个方向发展，一个已知的事实是，无线充电必将得到采用。在手机提供商的主要推动下，无线充电将开始向手机生态系统市场渗透。拥有强大生态系统的计算领域将紧随其后，使无线充电技术的采用进入下一个增长阶段。之后，无线电源技术很有可能扩展到支持手机和计算解决方案的基础设施中。未来的架构和解决方案中怎样运用无线电源技术，上述应用将仅仅是一个开端。

就磁感应技术而言，主要有两个流行标准：无线充电联盟（Wireless Power Consortium，简称 WPC）和电源事务联盟（Power Matters Alliance，简称PMA）。这两个标准都相当成熟，很多产品已经用在消费市场了。无线电源联盟（Alliance for Wireless Power，简称 A4WP）是第一个基于磁共振技术的标准。这些标准和解决方案都引起了一些疑问，例如，无线电源技术将向哪个方向发展？采用哪些解决方案是最好的？

移动设备

便利性是促使消费移动解决方案最先采用无线技术的关键因素之一。手机、平板电脑、媒体播放器、移动电视等不同的移动设备需要不同接口连接器的各种适配器，这意味着为了给移动设备充电，人们需要携带很多不同的连接器和适配器。拥有强大的支持性基础设施和生态系统的通用无线适配器，可以解决这些需求。在汽车、咖啡店、图书馆、餐馆、火车、飞机、办公室中提供无线充电，将满足人们所需的便利性。


图 1：无线充电器系统：发送器和接收器方框图
POWER ADAPTER：电源适配器
Transmitter：发送器
Modulation/Demodulation：调制/解调
Synchronous Half-Bridge Inverter：同步半桥逆变器
Status and PG Indicator：状态和 PG 指示器
Micro Controller：微控制器
2-way Secure Authentication：双向安全验证
Buck Converter：降压型转换器
Thermal Loop Control：热环路控制
Foreign Object Detection：异物检测
Clock：时钟
Power：功率
IDT Back Channel Communication：IDT 反向通道通信
Communication Link：通信链路
Receiver：接收器
Synchronous Full-Bridge Rectifier：同步全桥整流器
Thermal Control：热控制
USB/Adaptor Control：USB/适配器控制
LOAD：负载

磁路

磁感应和磁共振这两种技术的架构有很多相似之处。例如，二者都将磁场用作传送功率的桥梁。

在这两种技术中，电流被引入进一个谐振电路，进而产生磁场来传送功率。在电磁场场中接收和发送线圈的对准度以及二者之间的距离决定功率传输的效率；接收和发送线圈分离越远，功率传送效率就越低。还有其他一些因素对能量传送效率有很大影响，包括谐振频率、发送与接收线圈尺寸之比、耦合因数、线圈阻抗、趋肤效应、AC 和 DC 组件以及线圈寄生参数。

随着x、y 和 z 分离度以及发送和接收线圈之间比例角的增大，损耗和效率将受到极大的影响。

根据要求，包括成本和尺寸的考量，一个或多个线圈的解决方案都可以用于磁感应和磁共振这两种技术。


图 2：磁场
MAGNETIC INDUCTANCE：励磁电感
Magnetic field mostly contained in between ferrite shielding：磁场大部分被限制在铁氧体屏蔽体之间
Surface：表面
Coil：线圈
Shielding：屏蔽层
Distance：距离
MAGNETIC RESONANCE：磁共振
Receiving Coil(s)：接收线圈
Transmitting Coil：发送线圈
Magnetic field radiates outward – not shielded：磁场向外辐射——无屏蔽
Receiver：接收器
Magnetic Field：磁场
Transmitter：发送器

电源管理

开发高性能电源管理架构对磁共振和磁感应解决方案的成功实现有很大影响。在发送器方面，为了把电流引入谐振电路，进行了 DC 到 AC 转换。在磁感应技术中，用半桥式或全桥式转换器实现这种转换，而在磁共振技术中，电流是通过功率放大器引入的。

结论

合乎情理的结论是，就具体应用而言，最佳解决方案要根据所要求的功能和性能而定。如果要求在X、Y 和Z 方向自由定位或多设备充电能力，那么磁共振可能是首选解决方案。如果要求高效率并严格遵守法规，那么符合 WPC 要求的解决放案也许是最佳选择。不过，毫无疑问的是，能无缝识别基于磁感应或磁共振的耦合设备并能有效和高效传送功率的多模式解决方案，将是这些应用的理想解决方案。

IDT已经开发出了基于磁感应和磁共振技术的解决方案。公司高度集成度的磁感应解决方案已经满足并且超出了 WPC（Qi）的要求。这些解决放案采用了非常先进的工艺技术，以集成功率器件和智能功能，进而在接收器和发送器之间进行有效通信，并有效地控制闭合环路。这些集成解决方案需要的外部组件最少，有助于降低BOM成本和所需PCB的成本 。