电源管理

无线电源解决方案 – 入门

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首字母缩写词 全名 说明
TX Transmitter Generates/transmits electromagnetic waves carrying signals/messages, and also sends power
RX Receiver Device that receives electrical waves/signals and renders them perceptible
FOD Foreign Object Detection System detection on unwanted substance/debris which would potentially cause damage
WPC Wireless Power Consortium A wireless power standard. See Standards Comparison for more details
PMA Power Matters Alliance A wireless power standard. See Standards Comparison for more details
EVM Evaluation Module Pre-made (fully populated) circuit board with various test points to analyze a device
HK Housekeeping System tasks that must be done to permit the device to execute properly
RC Resistor-Capacitor Circuit composed of resistors and capacitors driven by a voltage/current source

为什么使用无线电源?

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便利

只需将器件放在充电板上即可,节省时间和精力。无需再麻烦地去找乱放的充电线,不牢固的连接器也不会再令您烦恼。简便易用,带来更舒适的体验。

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无需电缆或连接器

不必再忍受缠在一起的电线或损坏/老旧的连接器!帮助保证办公桌上没有多余的杂物,营造更高效的工作环境。

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防水

无需使用外部连接器,器件可完全密封,实现防水。即使打翻饮料或被雨淋湿也不必再担心。“防水插头”值得信赖。

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工业设计、坚固耐用

经久耐用,适合日常使用。避免了磨损和接触腐蚀,增强设计灵活性。

无线电源应用

智能手机/平板电脑

  • 5W 充电
  • 10W 和 15W 快速充电
  • 移动电源

可穿戴设备

  • 智能手表
  • 健身手环
  • 健康监视器

配件

  • 鼠标/键盘
  • 电视遥控器
  • 遥控钥匙

医疗

  • 血糖仪/血糖监视器
  • 健康贴片
  • 手术用具

基础设施

  • 融入到家具中
  • 布设在酒店、餐馆、咖啡店、机场

工业

  • 扫描仪和收银处
  • 电动工具和电器
  • 无线设备

为何选择 TI 无线电源?

  • 拥有 6 年以上开发经验及整整 100 年的团队经验
    • 在技术基础和实施挑战方面拥有重要的系统 & 应用专业技术
  • 是各大联盟的成员:WPC、AirFuel
    • 在 WPC 中发挥领导作用。积极参与工作小组,积极发挥领导作用
    • 我们通晓标准
  • 广泛的发送器和接收器产品系列
    • 在众多最热门产品中使用
  • 3 代产品
    • 每一代产品都在性能、尺寸和成本效益方面得到改进
  • 广泛的电源解决方案
    • 支持从可穿戴设备到工业设备、从 1W 到 15W 的各式应用

无线电源如何工作?

感应耦合
  • 系统提供电流流经一级线圈导线
    (发送器线圈)
  • 电流通过导线形成磁场
    (安培右手定则)
  • 磁场在二级线圈导线中产生电压/电流
    (接收器线圈)
  • 新接收的电流可用于电池充电或为器件供电
  •    
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功能框图

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TX 和 RX 如何进行通信?

发送器必须先检测接收器,然后才能无线传输功率。

  • 发出“模拟声脉冲”以检测接收器。
  • 将接收器放置在充电板上后,发送器的有效抗阻会发生改变。
tx-rx

检测到接收器后,发送器将确认接收器的有效性(非外来物体)。

  • 发送器发送数字包来为接收器加电。
  • 接收器通过信号强度指示器包进行响应
tx-rx

检测到对象并进行验证后,就开始功率传输。

  • RX 将发送误差控制包以提高或降低功率级别
tx-rx

通信图:RX → TX

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通信图:TX → RX

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外来物体检测

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什么是外来物体?

不必要的金属物体(硬币、钥匙、戒指、钢笔等)
  • 吸收电磁场部分
  • 发热 - 可能的安全隐患
  • 功率损失
fod

外来物体检测的工作原理是什么?

检测并防止不必要的金属吸收能量和导致发热

  • 了解发送的 TX 功率量
  • 了解接收的 RX 功率量

计算传输过程中的功率损失

  • 减少功率或关断电源
  • 是否超出功率损失阈值

无需校准每个接收器

  • 取决于线圈和调谐电容器
  • 按照 WPC 规范进行修复
fod
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无线电源的效率如何?

系统类型 输入至输出系统效率 RX IC 效率
1W ~ 70% ~ 95%
2.5W ~ 80% ~ 95%
5W ~ 79% ~ 95%
10W ~ 84% ~ 96%

 

每个系统都有一些 "维护" (HK) 功率,用于运行 IC。

随着传输功率的增加,传输功率的维护比率随之降低,这可提高整个系统的效率

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什么是睡眠/打盹模式?

一种专为发送器设计的运行模式,可节省电力
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睡眠/打盹模式的工作原理是什么?

外部(RC 计时)睡眠/打盹电路。

暂时关闭 TX 控制器(可重新唤醒)。

睡眠模式

  • 最低平均待机功耗
  • 使用时间:充电结束时
  • 还可附近无 RX 时使用

打盹模式

  • "睁着一只眼睛睡觉"
  • TX "声脉冲" 定期询问是否需要传输功率
  • 响应速度更快
  • 功耗稍高

无线电源传输的速度有多快?

WPC (Qi) 要求两个线圈间距为 1.75mm 至 5mm。
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无线电源标准比较

无线电源联盟 AirFuel™ 联盟*
Coupling Tightly coupled Tightly coupled
Approximate operating frequency range 100 – 200 KHz 100 – 350 KHz
Communication path In-Band (signaling over the power path) In-Band (signaling over the power path)
System-level efficiency > 70% > 70%
Spatial freedom Medium Medium
Commercial TI solutions TX and RX RX

 

*此前称为电力事业联盟 (PMA)

WPC (Qi) 版本比较

WPC v1.0

  • 发布日期- 2008 年
  • 主要区别- FOD 在 TX 上是自发的
  • 输出功率- 最多 5W
  • RX → TX 通信- 有
  • TX → RX 通信- 无
  • 向后兼容性- 不适用
  • TX 类型数- < 10

WPC v1.1

  • 发布日期- 2011 年
  • 主要区别- 强制执行 FOD
  • 输出功率- 最多 5W
  • RX → TX 通信- 有
  • TX → RX 通信- 无
  • 向后兼容性- WPCv1.0
  • TX 类型数- > 40

WPC v1.2

  • 发布日期- 2015 年
  • 主要区别- 强制执行 FOD/通过自校正计算功耗/使用 Q 因子测量预检测电源传输
  • 输出功率- 最多 15W
  • RX → TX 通信- 有
  • TX → RX 通信- 有
  • 向后兼容性- WPCv1.0/WPCv1.1
  • TX 类型数- 增长中

标准解决方案与专有解决方案

标准解决方案 (WPC/PMA)

优点:

  • 经认证的任意 TX 和 RX 之间具有互操作性
  • 用户体验标准化

缺点:

  • 成为成员的成本
  • 合规性/认证测试的成本/时间
  • 无法认证 < 5W 的 TX

专有解决方案

优点:

  • 更具灵活性
    • 工业设计(特定外形)
    • 规范
  • 无需认证测试,可更快投放市场
  • 适用于任何功率级别
  • 无需认证即可使用标准解决方案

缺点:

  • 必须分别设计 TX 和 RX

TI 的 TX 和 RX 是否可以任意组合使用?

有。

凭借适当的线圈设计,TI 的发送器和接收器 EVM 可随意搭配使用。



即使功率级别不同也可以?

有。

(输出功率限制为最低额定功率)

例如,10W 发送器与 5W 接收器配合使用 = 最多 5W 输出。

或者,5W 发送器与 10W 接收器配合使用 = 最多 5W 输出。

tx-rx

发送器选择决策树

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接收器选择决策树

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发送器是否发热?

10V
POUT 最高 IC 温度 (°C)
1W 26.82
2.5W 27.25
5W 27.26
10W 28.12
15W 28.94

接收器是否发热?

10V
POUT 最高 IC 温度 (°C)
10W 42

发送器线圈类型

线圈

A6

  • 输入电压:12V,± 5%
  • 形状:椭圆形,3 个线圈,1 层 12 圈
  • 磁性:
  •   
  • 尺寸 (mm): 
    • 外径 = 53.2/45.2
    • 内径 = 27.5/19.5
    • 厚度 = 1.5
  • 电感 (L):12.5μH




线圈

A10(A1)

  • 输入电压:19V,± 1V
  • 形状:圆形,1 个线圈,2 层共 20 圈
  • 磁性:无(有)
  • 尺寸 (mm):
  •    
  •  
    • 外径 = 43
    • 内径 = 20.5
    • 厚度 = 2.1
  • 电感 (L):24μH
  •  



线圈

A11(A5)

  • 输入电压:5V,± 5%
  • 形状:圆形,1 个线圈,1 层 10 圈
  • 磁性:无(有)
  • 尺寸 (mm):
  •     
  •  
    • 外径 = 44
    • 内径 = 20.5
    • 厚度 = 2.1
  • 电感 (L):6.3μH

 

线圈

A29

  • 输入电压:12V,± 5%
  • 形状:圆形,1 个线圈,2 层共 13 圈
  • 磁性:无
  • 尺寸 (mm):
  •     
  •  
    • 外径 = 41
    • 内径 = 21
    • 厚度 = 3
  • 电感 (L):10μH
线圈

MP-A5

  • 输入电压:12V - 19V
  • 形状:圆形,1 个线圈,2 层共 13 圈
  • 磁性:无
  • 尺寸 (mm):
  •     
  •  
    • 外径 = 41
    • 内径 = 21
    • 厚度 = 3
  • 电感 (L):10μH

设计趋势为逐渐减少使用带磁性的线圈(A1 和 A5)

接收器线圈示例

rx-coil

接收器线圈 1

  • 形状:方形
  • X mm:17
  • Y mm:17
  • Z mm:0.46
  • Ls’ µH:31
  • Rs’ mΩ:700
rx-coil

接收器线圈 2

  • 形状:椭圆形
  • X mm:28
  • Y mm:28
  • Z mm:0.25
  • Ls’ µH:13.5
  • Rs’ mΩ:1113

接收器线圈 3

  • 形状:椭圆形
  • X mm:39
  • Y mm:39
  • Z mm:0.30
  • Ls’ µH:16
  • Rs’ mΩ:191
rx-coil

接收器线圈 4

  • 形状:圆形
  • X mm:9.3
  • Y mm:9.3
  • Z mm:0.75
  • Ls’ µH:10.9
  • Rs’ mΩ:438
rx-coil

接收器线圈 5

  • 形状:椭圆形
  • X mm:25
  • Y mm:25
  • Z mm:0.53
  • Ls’ µH:43.5
  • Rs’ mΩ:1280
rx-coil

接收器线圈 6

  • 形状:梯形
  • X mm:24
  • Y mm:24
  • Z mm:0.40
  • Ls’ µH:6.5
  • Rs’ mΩ:374
rx-coil

接收器线圈 7

  • 形状:圆形
  • X mm:18
  • Y mm:18
  • Z mm:0.50
  • Ls’ µH:32.4
  • Rs’ mΩ:896
rx-coil

接收器线圈 8

  • 形状:椭圆形
  • X mm:8
  • Y mm:8
  • Z mm:0.42
  • Ls’ µH:3.3
  • Rs’ mΩ:323
rx-coil

接收器线圈 9

  • 形状:椭圆形
  • X mm:11
  • Y mm:11
  • Z mm:0.60
  • Ls’ µH:30.7
  • Rs’ mΩ:993

线圈制造商

线圈 制造商
RX Amotech
RX Dexerials
TX,RX E&E
TX,RX Elytone
TX,RX Mingstar
TX,RX NuCurrent
RX Sunlord
TX,RX TDK
TX Toko
RX Vishay
TX,RX Wurth Elektronik

TI Designs - 发送器

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TI Designs - 接收器

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<Section Title - not authored>

TI Designs - Booster Pack