无线充电设计(二)-方案设计

本文深入探讨了无线充电的两大主流方案:MCU方案与SOC方案,包括MOS外置SOC和DrMOS外置SOC的特点及应用。同时,推荐了几种参考设计,如IDT无线电参考套件、TI的可穿戴设备电源参考设计和NXP的无线充电器演示板。

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无线充电采用的主流方案有两种:MCU方案和SOC方案。

  • MCU方案

无线充电早期方案,MCU芯片,控制芯片,驱动芯片,运放全部独立,外围元件也相当多,复杂,不利于产品快速开发。

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  • SOC方案

SOC方案又分为两种类型:

  1. MOS外置SOC方案

SOC芯片内部集成了无线驱动、H桥驱动、运放、MCU等功能。外置MOS可以自由配置,灵活性较高,是使用最广泛的一种SOC方案

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  1. DrMOS外置SOC方案

由一颗控制芯片和一颗智能全桥芯片 SmartBridge构成,智能全桥芯片集成了全桥 MOS和 Driver,可以实现 MOS 和Driver 匹配,大电流时需要考虑散热、效率。

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无线充电方案相对成熟,推荐一些参考设计:

参考

Automotive Wireless Transmitter Controller Features • Conforms to the latest version WPC “Qi” specification • Supports wide DC input voltage range of 6 V (limited duration at Start/Stop operation) to 16 V for automotive battery input • Supports Foreign Object Detection (FOD) • Low-power system standby available using Freescale Touch technology • Provides free positioning solutions by using WPC A or B type multi-coil technology • Uses rail voltage control or phase shift control with fixed operating frequency to control power transfer to help alleviate automotive system interference • Supports the key FOB avoidance function • Supports the operation frequency dithering technology to eliminate the AM band interference • Improved EMC performance for automotive certification • Supports CAN/LIN/IIC/SCI/SPI interfaces • LED for system status indication • Over-voltage/current/temperature protection • Software based solution to provide maximum design freedom and product differentiation • AEC-Q100 grade 2 certification • Dual-mode capable Overview Description The WCT100xA is a wireless power transmitter controller that integrates all required functions for WPC “Qi” compliant wireless power transmitter design. The WCT100xA transmitter IC manages the power transfer by receiving commands from the receiver. Receivers are detected by using either standard protocol methods or Freescale touch sensor technology. Once the mobile device is detected, the WCT100xA controls the power transfer by adjusting rail voltage or phase shift of power stage according to message packets sent by mobile device. To maximize the design freedom and product differentiation, the WCT100xA supports any 5W coil topology capable of supporting WPC Qi-based implementation. In addition, the system supports both WPC and PMA protocols. The WCT100xA also includes CAN/LIN/IIC/SCI/SPI interfaces, over-voltage/current/temperature protection and FOD method to protect from overheating by misplaced metallic foreign object
### 微缩电磁无线充电设计方案 #### 设计目标 为了实现微缩电磁无线充电设计需考虑效率、体积以及安全性等因素。具体来说,要使充电装置能够在有限的空间内高效传输能量给接收设备。 #### 关键组件和技术要点 ##### 发射端电路结构 发射端主要由电源管理模块、振荡器和谐振线圈组成。其中谐振线圈负责产生交变磁场来传递能量[^1]。对于小型化需求较高的应用场景下,可选用平面螺旋形或多层绕制方式的小型化线圈作为发射天线,并通过调整工作频率使其与接收侧达到最佳耦合状态。 ```cpp // C++代码示例:设置发射端参数 void setupTransmitter(float frequency, float powerLevel){ setFrequency(frequency); // 设置工作频段 adjustPower(powerLevel); // 控制输出功率大小 } ``` ##### 接收端电路架构 接收部分则包含了匹配网络、整流滤波环节及负载调节单元等组成部分。当接收到外部发送过来的磁通量变化信号后,经过一系列处理最终转化为直流电供内部用电部件使用[^2]。考虑到空间利用率问题,在不影响性能的前提下尽可能简化线路布局并采用微型元件组装成紧凑式的PCB板卡形式。 ```cpp // C++代码示例:初始化接收端配置 void initReceiver(){ configureMatchingNetwork(); // 配置阻抗匹配网路 initializeRectifierFilter(); // 初始化整流滤波电路 optimizeLoadRegulation(); // 优化负载调节点位 } ``` --- ### 微缩电磁无线充电原理 基于近场感应耦合理论,即两个相邻导体之间存在相对运动时会产生涡电流效应从而形成闭合回路完成电力转换过程。在此基础上进一步引入共振机制使得两者的互感系数增大进而提升整体转化率;与此同时利用高频交流源代替传统低频直流转矩力矩驱动模式可以在一定程度上减小硬件尺寸的同时保持较高水平的能量交换速率。
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