使用無線電源，以提高便利性的可穿戴設(shè)備

　　可穿戴設(shè)備正迅速崛起為一個(gè)重要市場(chǎng)領(lǐng)域的電子設(shè)備。這些設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵要求是方便，不只是在訪問數(shù)據(jù)的移動(dòng)，但要確保它有足夠的電池續(xù)航時(shí)間將持續(xù)一整天，而這樣做，每天的能力。如果用戶插入一個(gè)設(shè)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的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品是無法保持活躍的一天的休息。無線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或類似的電纜插入設(shè)備，它可以被放置在充電墊，用戶可以保持在易于訪問的位置。如果無線充電系統(tǒng)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，多個(gè)設(shè)備可以充電在同一墊，減少重復(fù)，使用戶更容易取設(shè)備和充電器在旅行時(shí)。身打扮不是唯一的類型，可以從無線充電中獲益的電子設(shè)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)車輛電池充電。感應(yīng)式充電的工作原理相同的基礎(chǔ)電力變壓器上。在墊的感應(yīng)線圈產(chǎn)生一個(gè)已被拾起一個(gè)次級(jí)線圈中的裝置中的交變電磁場(chǎng)被充電那里它被轉(zhuǎn)換回可用的電流。象傳統(tǒng)的變壓器，基本感應(yīng)充電需要在線圈之間接近，以提供高效率。否則，大量的損失所用的初級(jí)線圈通過電阻積聚。在更長(zhǎng)的距離的能量傳遞的效率可以通過使用諧振感應(yīng)耦合的使用，它們通過電感和電容負(fù)載的組合調(diào)諧到諧振在相同頻率的兩個(gè)線圈來改善。該共振使顯著功率從一個(gè)線圈發(fā)送到另一以上的距離長(zhǎng)達(dá)線圈的幾倍的直徑。

　　圖1：負(fù)載調(diào)制用于數(shù)據(jù)跨越所述變壓器耦合進(jìn)行編碼。

　　線圈電路的Q可以被調(diào)諧為高，使得一個(gè)相對(duì)激烈字段建成多個(gè)周期。在這個(gè)振蕩信號(hào)的功率比被送入線圈在任何一個(gè)時(shí)間更高。作為二次線圈可以收到此振蕩場(chǎng)的一小部分，并將其轉(zhuǎn)換，功率傳遞的量是比用常規(guī)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(jī)，減少了損失主要是線圈的繞組電阻，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，線圈經(jīng)常使用一個(gè)螺線管設(shè)計(jì)，這也有助于最小化皮膚的作用。介電損耗是通過使用低介電常數(shù)的絕緣體，或者只是空氣典型地最小化。在實(shí)踐中，線圈不總是調(diào)諧到精確的共振頻率。松散耦合系統(tǒng)只要能傳輸電力作為二次相交的磁力線一個(gè)合理的數(shù)字。通過匹配線圈更緊密的耦合更精確地可以提供更大的權(quán)力，但它不可能保持這種設(shè)計(jì)在同一時(shí)間在一起工作，在共振緊密耦合的線圈。這些電路可以被設(shè)計(jì)來操作只是偏共振，其中接收機(jī)的諧振頻率略有不同，以使發(fā)??射器。不幸的是，緊密耦合的線圈也未對(duì)準(zhǔn)，這對(duì)消費(fèi)者的應(yīng)用中，用戶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題敏感。因此，用于充電，發(fā)射機(jī)可以使用多個(gè)線圈。這增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但提供了更大的自由定位。線圈不需要重疊，這在生產(chǎn)過程中簡(jiǎn)化了裝配，雖然重疊線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(jī)電荷不同設(shè)備的問題，需要的標(biāo)準(zhǔn)。目前正在使用的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)的今天。通過聯(lián)盟無線電源促進(jìn)了Powermat的系統(tǒng)是圍繞基于單一發(fā)射器線圈松耦合系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。所述無線充電聯(lián)盟的齊系統(tǒng)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(shù)現(xiàn)有的發(fā)射機(jī)使用一個(gè)多線圈，緊密耦合配置。該標(biāo)準(zhǔn)也照顧能源管理，以確保充電墊沒有被激活，如果沒有要充電。例如，齊系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議來中繼橫跨線圈信號(hào)來檢查設(shè)備的存在，它是齊兼容。該標(biāo)準(zhǔn)允許的發(fā)射機(jī)，以改變開關(guān)頻率橫跨線圈110千赫之間，以205千赫茲的主要機(jī)制，用于控制電力輸送。齊使用線圈‘電壓的簡(jiǎn)單負(fù)載調(diào)制來發(fā)送數(shù)據(jù)到該單元上的空氣間隙的另一側(cè)。從次級(jí)線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(yàn)和停止位。

　　圖2：雙相位編碼提供發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的能力。

　　有若干控制數(shù)據(jù)包可被發(fā)送。最常用的包的類型有：信號(hào)強(qiáng)度;控制誤差;結(jié)束電源的要求;和糾正功率電平。信號(hào)強(qiáng)度被用來幫助對(duì)齊在充電墊的是，隨著一個(gè)視覺或聽覺信號(hào)一起使用時(shí)，提供了指導(dǎo)到單位左右移動(dòng)墊，直到信號(hào)足夠好的指示良好的功率傳輸?shù)挠脩粼O(shè)備。在控制錯(cuò)誤分組指示錯(cuò)誤的輸入電壓看到的接收線圈和它所需要的程度。發(fā)射機(jī)通常使用控制回路來調(diào)節(jié)提供給它的線圈上的電壓。如果誤差較大，則錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包的頻率被設(shè)置為更高的量。數(shù)據(jù)包將被送到每32毫秒，直到誤差減小到閾值內(nèi)。從這一點(diǎn)出發(fā)，將數(shù)據(jù)包發(fā)送每隔250毫秒?？刂棋e(cuò)誤的數(shù)據(jù)包是調(diào)整電力輸送有用。在輕負(fù)載時(shí)，接收器可以請(qǐng)求一個(gè)更高的電壓，以便能夠應(yīng)付電流瞬態(tài) - 如果可穿戴設(shè)備從睡眠中喚醒，例如。在更高的負(fù)載電流時(shí)，便攜式設(shè)備可以請(qǐng)求一個(gè)較低的電壓，以避免在LDO穩(wěn)壓器的功率損耗。當(dāng)該裝置被完全充電或感測(cè)的內(nèi)部故障，可能損壞電池，它發(fā)送一個(gè)最終功率請(qǐng)求。功率傳送也通過在整流的功率消息來控制。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(jī)使用該信息來確定偶聯(lián)效率并且還制定出接收機(jī)是否已經(jīng)達(dá)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(jī)使用的情況下該數(shù)據(jù)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(guó)外物體檢測(cè)。芯片組，支持齊協(xié)議和控制電力輸送相繼出臺(tái)。一個(gè)例子是東芝TB6865AFG為發(fā)射機(jī)。此高集成部分包括一個(gè)ARM Cortex-M3處理器來運(yùn)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(jù)所述齊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范控制電源最多兩個(gè)設(shè)備并支持異物檢測(cè)。德州儀器bq51013設(shè)計(jì)用于次級(jí)側(cè)，提供交流/直流功率轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)一起發(fā)送命令到發(fā)射器所需的數(shù)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(xiàn)成的線圈。例如，AWCCA-50N50系列從ABRACON支持發(fā)射器和接收器的應(yīng)用程序。線圈的直徑為略低于50毫米，高導(dǎo)磁率屏蔽裝置內(nèi)的保護(hù)電子。這些設(shè)計(jì)提供的Q因數(shù)的選擇：要么在70或160的范圍內(nèi)，將提供約20毫歐或70毫歐的直流電阻，分別。對(duì)于較小的可穿戴設(shè)備，TDK具有WR303050線圈，這降低了線圈包的大小為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(shè)計(jì)的靈活性，測(cè)量38毫米其長(zhǎng)邊27毫米的短邊。厚度為1毫米和線圈提供的0.18Ω的直流電阻為30的典型Q值。

　　圖3：日前，Vishay戴爾線圈無線供電。

　　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(jī)芯片進(jìn)行封裝，對(duì)于66毫米的總長(zhǎng)度和厚度只有1毫米。其他無線充電選項(xiàng)從伍爾特電子它提供了多種WPCC和WE-WPCC系列無線充電線圈。這些線圈可在發(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(yīng)應(yīng)用的需要。的概念和無線充電的??好處是可以使用伍爾特/ TI無線電源演示套件（760308），其中包括伍爾特發(fā)射器和接收器線圈來證明。作為生態(tài)系統(tǒng)圍繞協(xié)議，如奇擴(kuò)大，我們可以期待更多的集成解決方案出現(xiàn)，以減輕對(duì)設(shè)計(jì)收費(fèi)為可穿戴設(shè)備更簡(jiǎn)單的方法的工作。