使用無(wú)線(xiàn)電源，以提高便利性的可穿戴設備

　　可穿戴設備正迅速崛起為一個(gè)重要市場(chǎng)領(lǐng)域的電子設備。這些設備的一個(gè)關(guān)鍵要求是方便，不只是在訪(fǎng)問(wèn)數據的移動(dòng)，但要確保它有足夠的電池續航時(shí)間將持續一整天，而這樣做，每天的能力。如果用戶(hù)插入一個(gè)設備連夜它充電，有很高的概率，他們會(huì )忘記在某些情況下醒來(lái)的時(shí)候，發(fā)現該產(chǎn)品是無(wú)法保持活躍的一天的休息。無(wú)線(xiàn)充電提供充電電子裝置的更方便的方法。取代必須插入一個(gè)迷你USB或類(lèi)似的電纜插入設備，它可以被放置在充電墊，用戶(hù)可以保持在易于訪(fǎng)問(wèn)的位置。如果無(wú)線(xiàn)充電系統被適當地設計，多個(gè)設備可以充電在同一墊，減少重復，使用戶(hù)更容易取設備和充電器在旅行時(shí)。身打扮不是唯一的類(lèi)型，可以從無(wú)線(xiàn)充電中獲益的電子設備。該技術(shù)已經(jīng)廣泛地用于電動(dòng)牙刷和甚至被放大到在電動(dòng)車(chē)輛電池充電。感應式充電的工作原理相同的基礎電力變壓器上。在墊的感應線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)已被拾起一個(gè)次級線(xiàn)圈中的裝置中的交變電磁場(chǎng)被充電那里它被轉換回可用的電流。象傳統的變壓器，基本感應充電需要在線(xiàn)圈之間接近，以提供高效率。否則，大量的損失所用的初級線(xiàn)圈通過(guò)電阻積聚。在更長(cháng)的距離的能量傳遞的效率可以通過(guò)使用諧振感應耦合的使用，它們通過(guò)電感和電容負載的組合調諧到諧振在相同頻率的兩個(gè)線(xiàn)圈來(lái)改善。該共振使顯著(zhù)功率從一個(gè)線(xiàn)圈發(fā)送到另一以上的距離長(cháng)達線(xiàn)圈的幾倍的直徑。

　　圖1：負載調制用于數據跨越所述變壓器耦合進(jìn)行編碼。

　　線(xiàn)圈電路的Q可以被調諧為高，使得一個(gè)相對激烈字段建成多個(gè)周期。在這個(gè)振蕩信號的功率比被送入線(xiàn)圈在任何一個(gè)時(shí)間更高。作為二次線(xiàn)圈可以收到此振蕩場(chǎng)的一小部分，并將其轉換，功率傳遞的量是比用常規的變壓器更高。使用電容變成為諧振抵消雜散電感和磁化電感中的發(fā)射機，減少了損失主要是線(xiàn)圈的繞組電阻，它們通常是間比的電感有關(guān)的損失低10倍和100倍。提供比以往的變壓器較高的Q，線(xiàn)圈經(jīng)常使用一個(gè)螺線(xiàn)管設計，這也有助于最小化皮膚的作用。介電損耗是通過(guò)使用低介電常數的絕緣體，或者只是空氣典型地最小化。在實(shí)踐中，線(xiàn)圈不總是調諧到精確的共振頻率。松散耦合系統只要能傳輸電力作為二次相交的磁力線(xiàn)一個(gè)合理的數字。通過(guò)匹配線(xiàn)圈更緊密的耦合更精確地可以提供更大的權力，但它不可能保持這種設計在同一時(shí)間在一起工作，在共振緊密耦合的線(xiàn)圈。這些電路可以被設計來(lái)操作只是偏共振，其中接收機的諧振頻率略有不同，以使發(fā)??射器。不幸的是，緊密耦合的線(xiàn)圈也未對準，這對消費者的應用中，用戶(hù)只需要放置在墊子上的裝置，而不必檢查的最佳取向和位置成功再充電的問(wèn)題敏感。因此，用于充電，發(fā)射機可以使用多個(gè)線(xiàn)圈。這增加了設計的復雜性，但提供了更大的自由定位。線(xiàn)圈不需要重疊，這在生產(chǎn)過(guò)程中簡(jiǎn)化了裝配，雖然重疊線(xiàn)圈提供更大的密度和在接收器安置因此更多的自由。為了解決讓單個(gè)發(fā)射機電荷不同設備的問(wèn)題，需要的標準。目前正在使用的兩個(gè)主要標準的今天。通過(guò)聯(lián)盟無(wú)線(xiàn)電源促進(jìn)了Powermat的系統是圍繞基于單一發(fā)射器線(xiàn)圈松耦合系統而設計的。所述無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟的齊系統允許為許多不同的配置，包括松散地和緊密耦合的操作。大多數現有的發(fā)射機使用一個(gè)多線(xiàn)圈，緊密耦合配置。該標準也照顧能源管理，以確保充電墊沒(méi)有被激活，如果沒(méi)有要充電。例如，齊系統中使用的通信協(xié)議來(lái)中繼橫跨線(xiàn)圈信號來(lái)檢查設備的存在，它是齊兼容。該標準允許的發(fā)射機，以改變開(kāi)關(guān)頻率橫跨線(xiàn)圈110千赫之間，以205千赫茲的主要機制，用于控制電力輸送。齊使用線(xiàn)圈‘電壓的簡(jiǎn)單負載調制來(lái)發(fā)送數據到該單元上的空氣間隙的另一側。從次級線(xiàn)圈通信使用的差分雙相位編碼方案，從2千赫的固定頻率下操作，以啟動(dòng)位每8位傳輸之前加入。傳輸之后是奇偶校驗和停止位。

　　圖2：雙相位編碼提供發(fā)送二進(jìn)制數據的能力。

　　有若干控制數據包可被發(fā)送。最常用的包的類(lèi)型有：信號強度;控制誤差;結束電源的要求;和糾正功率電平。信號強度被用來(lái)幫助對齊在充電墊的是，隨著(zhù)一個(gè)視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)信號一起使用時(shí)，提供了指導到單位左右移動(dòng)墊，直到信號足夠好的指示良好的功率傳輸的用戶(hù)設備。在控制錯誤分組指示錯誤的輸入電壓看到的接收線(xiàn)圈和它所需要的程度。發(fā)射機通常使用控制回路來(lái)調節提供給它的線(xiàn)圈上的電壓。如果誤差較大，則錯誤的數據包的頻率被設置為更高的量。數據包將被送到每32毫秒，直到誤差減小到閾值內。從這一點(diǎn)出發(fā)，將數據包發(fā)送每隔250毫秒?？刂棋e誤的數據包是調整電力輸送有用。在輕負載時(shí)，接收器可以請求一個(gè)更高的電壓，以便能夠應付電流瞬態(tài) - 如果可穿戴設備從睡眠中喚醒，例如。在更高的負載電流時(shí)，便攜式設備可以請求一個(gè)較低的電壓，以避免在LDO穩壓器的功率損耗。當該裝置被完全充電或感測的內部故障，可能損壞電池，它發(fā)送一個(gè)最終功率請求。功率傳送也通過(guò)在整流的功率消息來(lái)控制。此中繼，該可佩戴裝置接收在其整流電路的輸出功率的量。發(fā)射機使用該信息來(lái)確定偶聯(lián)效率并且還制定出接收機是否已經(jīng)達到它的最大功率限制。發(fā)送的每個(gè)350毫秒到1800毫秒，所述發(fā)射機使用的情況下該數據包，以確定是否該裝置已經(jīng)從墊去除。整流功率消息也有助于與國外物體檢測。芯片組，支持齊協(xié)議和控制電力輸送相繼出臺。一個(gè)例子是東芝TB6865AFG為發(fā)射機。此高集成部分包括一個(gè)ARM Cortex-M3處理器來(lái)運行的自定義代碼和PWM控制器，以支持用于電力輸送的外部H橋??電路。所述控制器可以根據所述齊標準規范控制電源最多兩個(gè)設備并支持異物檢測。德州儀器bq51013設計用于次級側，提供交流/直流功率轉換和調節一起發(fā)送命令到發(fā)射器所需的數字控制。整體bq5101x家族的成員采用的低電阻同步整流器，LDO和電壓和電流回路的控制器。除了控制器，制造商提供支持琪協(xié)議，旨在作為發(fā)射器，接收器或兩者現成的線(xiàn)圈。例如，AWCCA-50N50系列從ABRACON支持發(fā)射器和接收器的應用程序。線(xiàn)圈的直徑為略低于50毫米，高導磁率屏蔽裝置內的保護電子。這些設計提供的Q因數的選擇：要么在70或160的范圍內，將提供約20毫歐或70毫歐的直流電阻，分別。對于較小的可穿戴設備，TDK具有WR303050線(xiàn)圈，這降低了線(xiàn)圈包的大小為30×30毫米，厚度為只有1毫米。直流電阻是0.41Ω在室溫下。威世戴爾IWAS-3827提供的接收器與一個(gè)矩形的選擇，而不是方形足跡設計的靈活性，測量38毫米其長(cháng)邊27毫米的短邊。厚度為1毫米和線(xiàn)圈提供的0.18Ω的直流電阻為30的典型Q值。

　　圖3：日前，Vishay戴爾線(xiàn)圈無(wú)線(xiàn)供電。

　　為了提供更集成的解決方案，TDK的TMX-66-2M7和TMX-58-2M7可以用德州儀器接收機芯片進(jìn)行封裝，對于66毫米的總長(cháng)度和厚度只有1毫米。其他無(wú)線(xiàn)充電選項從伍爾特電子它提供了多種WPCC和WE-WPCC系列無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈。這些線(xiàn)圈可在發(fā)射器和接收器的配置，以額定電流為0.8至13A，和各種尺寸，以適應應用的需要。的概念和無(wú)線(xiàn)充電的??好處是可以使用伍爾特/ TI無(wú)線(xiàn)電源演示套件（760308），其中包括伍爾特發(fā)射器和接收器線(xiàn)圈來(lái)證明。作為生態(tài)系統圍繞協(xié)議，如奇擴大，我們可以期待更多的集成解決方案出現，以減輕對設計收費為可穿戴設備更簡(jiǎn)單的方法的工作。