EDN China > 商情观察 > 电源技术 > 电池充放电控制 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

“松耦合”有望实现无线充电统一大计?

老墨?? 2015年10月23日 ?? 收藏4
无线充电无疑是令人兴奋的一大技术,它可以摆脱充电器和线缆的束缚,随时随地进行充电。与该技术勾勒的美好蓝图相比,它在消费电子市场普及的进程却令人非常扫兴。探究其原因,主要归咎于标准混乱以及技术自身的局限性。

“松耦合”与“紧耦合”之争

无线充电的愿景,是无论何时何地,无需配对或兼容的插座或线缆就可对电子设备进行充电。然而,第一代紧耦合或磁感应无线充电技术在这方面有很大局限性:它要求必须将设备置于充电垫上并对准精确的位置,其充电范围有限且不能同时为多个设备充电。此外,金属的干扰对该技术非常致命,因为紧耦合技术采用100kHz~200 kHz的频率范围,而金属在此范围有最高的热感应,因此在有硬币或钥匙等金属物体附近无法使用紧耦合方案进行无线充电,否则将构成安全隐患。

由于无线充电标准不统一,无线充电限制较多,消费者对该技术始终处于观望状态。大约2012年之前,市场所见到的无线充电技术大部分都是基于紧耦合技术,之后才渐渐有了松耦合技术的问世。

与紧耦合技术相比,松耦合或磁共振技术限制少了许多,它扩展充电范围至任一装有无线充电发射器的任一表面(如桌子),且几乎可通过任一表面或物体(如书和衣物等),将能够实现真正的放下就能充电;它还能同时为多个有不同功率要求的设备充电(如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和蓝牙耳机等);即使是有金属物体的地方也可以进行充电。

松耦合VS.紧耦合
松耦合VS.紧耦合

那么,什么是松耦合技术?要从无线充电领域的三大联盟组织说起。它们分别是:无线充电联盟WPC(Wireless Power Consortium)/Qi、电力事业联盟PMA(Power Matters Alliance)以及无线电力联盟A4WP(Alliance for Wireless Power)。其中,WPC和PMA采用磁感应技术,而A4WP采用的是非接触式充电的磁共振技术。磁感应技术是将两个充电线圈分别放在充电板和充电设备上,通过电磁耦合的形式实现能量的传递。磁共振技术则是通过电磁谐振的方式,在充电器与设备之间的空气中传输电能。

A4WP所倡导的正是基于松耦合的无线充电技术,其自有品牌为Rezence,它基于空间自由的概念,采用6.78 MHz频率,不仅克服了紧耦合技术的诸多局限性,而且通过使用现有蓝牙智能技术,最大限度地降低对制造商的硬件要求。使得无论是在家里还是在公共场所,都可将多台无线及便携设备自由地放置到任意装有无线充电发射器的表面随时随地进行充电,从而形成无线充电生态圈。

就目前的发展来看,磁感应技术比较成熟,但应用有限;磁共振技术还未成熟,但应用场景将更广泛。

如果二者能结合,会怎样?

松耦合将成为未来主流?

今年6月,PMA和A4WP宣布合并,致力整合紧耦合和基于Rezence的松耦合技术,起初会开发兼容紧耦合和松耦合的多模方案,而最终将朝松耦合方向发展。而Qi则会自己开发松耦合的无线标准。据了解,新组织拥有全球科技品牌、供应链和市场领导者组成的超过170家公司成员,高通、三星、联想等企业均在其中,而半导体领域的安森美半导体公司也是该组织成员,其公司应用产品部执行副总裁兼总经理Bob KIosterboer和无线细分市场高级营销策略经理AJ EIJallad还分别是新组织的指定董事和指定候补董事。

图1 系统的总体框图

AJ EIJallad兴奋地介绍了新组织的进展,该组织已发布Rezence基本系统标准(BSS) 1.2.1标准,并与中国通讯标准化协会(CCSA)、日本横须贺研究园宽带无线论坛(BWF)和韩国电讯技术协会(TTA)签署了合作协议,旨在采纳该最新标准作为各自独立管理的国家无线电力传输技术标准元素。此外,蓝牙技术联盟(SIG)也已发布包含Rezence无线充电标准的蓝牙低能耗(BLE)配置档。在美国,首个松耦合无线充电发射器已通过认证,预计采用松耦合的终端电子设备将于今年底或2016年初面世。

标准的统一无疑是无线充电得以普及的重要因素。那么,新组织能够起到哪些推动作用?AJ EIJallad表示,松耦合会成为无线充电的标准,也会为全球大部分市场所采纳,随着配置发射器和接收器的基础设施就绪,松耦合的发展指日可待。

AJ EIJallad强调,松耦合无线充电技术的重要特性,使其成为实现物联网的重要组成部分。只要物体表面下安装有无线功率发射器,电力传输就会根据发射器功率级别(Class)和相应的接收器功率类别(Category)及需要充电的设备数量而进行。例如,级别为3的发射器可传输16 W的功率,而智能手机的接收器类别为3即6.5 W,那么它可同时为2台智能手机充电,工作效率更高。

预计到2020年,整合无线充电功能的设备将达18亿台。而随着标准的逐步统一,松耦合技术将得以大规模普及应用。据美国市调公司IHS预测,到2017年,松耦合技术将成为主流无线充电技术。

图1 系统的总体框图

安森美半导体的无线充电方案

安森美自2013年末加入松耦合组织以来,一直积极推动Rezence标准,目前已开发出一系列产品和方案以支持无线充电应用工作于6.78 MHz,包括发射端的电源管理单元(高达50 W)、接收端用于智能手机的4-20 V整流桥、4-12V电池充电器、100 V USB防浪涌OVP 、接收端用于非智能手机的1-20 V整流桥、4-12V电池充电器等。

安森美半导体松耦合无线电力系统产品阵容(绿色方框)
安森美半导体松耦合无线电力系统产品阵容(绿色方框)

为满足多台设备同时进行无线充电的不同功率级别并优化电源能效,安森美半导体积极开发动态功率调谐方案,可根据不同终端设备的不同功率要求进行动态功率调谐,保护低功率设备免受损伤,并优化无线充电发射器和接收器之间的电源传输能效。

随着全球LTE智能手机的激增, RF复杂度日增,再加上智能手机的物理设计越来越倾向于更大屏幕区、更纤薄、全金属外壳,智能手机需要优化技术以适应持续增加的频谱分配方案和载波聚合的可能性,通过RF调谐以确保天线在所有频带上保持高能效。安森美半导体提供不同的RF调谐方案,能优化每个需充电设备的功率所需,使发射器如基站般,调谐发射器的功率,达到最佳接收,进行充电,避免因功率过载而烧毁设备。如手机只需5W,便只供5W功率充电。

在整流方面,安森美半导体目前提供符合Rezence标准的6.78 MHz快速开关整流器NSR1030QMU和NSR2030QMU的样品,具超低正向导通压降Vf,能承受30 V的反向电压VR,额定正向电流IF分别为1 A和2 A,采用UDFN封装,适用于空间受限的产品应用。

又如安森美半导体的开关电池充电器NCP185x系列,充电电压范围3.3 V-4.5 V,支持反向USB OTG和快充模式,集成过压闭锁和过压保护功能,采用CSP封装,关键特性及参数如下表所示。

NCP185x系列关键特性及参数概览
NCP185x系列关键特性及参数概览

此外,安森美半导体的无线充电前端接收器电源管理单元(PMU),以高达99%的传输能效预扩展无线能量,为移动无线充电生态系统提供系统遥测和所需保护,通过I2C可编程的平台扩展灵活性,并集成一系列保护机制;电源多路切换开关可为单输入电池充电器提供2个不同的充电输入;无线充电发射器PMU为6.78 MHz电力发射单元提供电源、监测和所需的支持功能,并耦合到蓝牙信号协议(BLE),有助于通过电力传输管理来调节和优化施加到发射线圈的电力;为提升可靠性,安森美半导体还提供ESD保护器、EMI滤波器及高浪涌TVS保护器。

安森美半导体在无线和便携式设备市场具有极大优势,提供广阔技术和领先的无引脚微型封装用于智能手机、平板电脑、无线充电和可穿戴设备,并具备实力以世界一流的供应链服务于量大和开发周期短的无线设备市场。作为由PMA和Rezence结盟成立的新组织的重要成员,安森美半导体引领松耦合无线充电市场,提供用于松耦合无线充电市场的电源管理器件和自适应功率调谐发射和接收器件等一系列高能效关键元件,推动无线充电的发展。

《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载


?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

无线充电技术?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈