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  • 2022-8-9 16:41
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    无线充电为何不适合功率竞赛 科技的发展让我们离“束缚”越来越远。对于各类电子产品来说,充电器是非常重要的配件。当我们向移动和便携式设备充电时,当前比较普遍的方法是用有线充电器进行供电,但是疯狂缠绕的充电线让处于万物便捷时代的我们觉得失去了自由。 【导读】科技的发展让我们离“束缚”越来越远。对于各类电子产品来说,充电器是非常重要的配件。当我们向移动和便携式设备充电时,当前比较普遍的方法是用有线充电器进行供电,但是疯狂缠绕的充电线让处于万物便捷时代的我们觉得失去了自由。 在这种情况下,无线充电技术正在走向市场。 无线充电技术不用通过 连接器 作为媒介,不需要常规意义上的充电器和电源线,只需放在充电座上就可以充电。与有线充电相比,无线充电不仅在安全性、灵活性、通用性等方面具备多重优势,还可以减少频繁的充电对设备充电接口的损耗。 无线充电最早可以追溯到1893年。特斯拉当时通过两个线圈点亮了一盏灯,用的正是无线充电技术。其实,如今无线充电的基本原理还是这样,即发射线圈通过感应交流电流产生交变的磁场,使接收线圈中产生电流,实现无线电能传输。 图1:特斯拉无线电能传输试验原理图 (图源:高工锂电网) 目前常见的无线充电技术主要有电磁感应式、电磁共振式、电场耦合式。当前手机无线充电大部分采用电磁感应式无线电能传输技术,发射线圈安装在在充电座上,接收线圈安装在手机背面,当手机靠近充电座的发射线圈时,磁场会让接收线圈产生感应电流。在整个过程中能量由电能转化成磁场场能再通过感应线圈感应生电,最终完成充电的过程。 作为未来重要的消费电子潮流,无线充电近年来呈现出技术成果加快转换、产品规模化量产稳步上升的趋势。这点尤其体现在手机等智能电子设备领域。伴随着智能手机产业的快速发展,手机无线充电的“军备竞赛”正开展地如火如荼,各个手机厂商都卯足了劲推出功率越来越大的新品。 早在2014年,苹果便推出无线充电的AppleWatch;2015年,三星推出了支持无线充电服务的手机,并相继推出多款搭载无线充电手机服务的手机与无线充电器。不过,受限于无线充电器充电功率较低、充电时易发热等问题,无线充电在初期推广并不顺利。 自2020年以来,无线充电技术迅速发展,各大手机厂商均推出了自身的无线充电方案。2020年10月,苹果将AppleWatch的充电方式嫁接到iPhone上面,推出了支持15W功率的Magsafe磁吸无线充电。该方案通过磁铁的吸引力,使无线充电器与接收线圈能够准确定位、配对,提升充电效率。 与苹果、三星相比,在高功率快充方面的新技术尝鲜中,国产手机厂商们跑得更快。华为、OPPO、小米等部分品牌智能手机早已实现50W无线充电,并且更高功率的无线充电产品还在继续推出。2020年7月,OPPO发布了65W AirVOOC无线闪充;同年10月,小米展示了80W的无线快充解决方案,甚至120W的无线充电技术都已准备就绪。 图2 (图源:小米) 可以看到,芯片和终端厂商们正在将无线充电往更高功率、更快充电速度上推进。除了在手机端快速渗透外,无线充电也在加速向笔记本、智能手表、手环、扫地机器人、耳机以及汽车领域拓展。 无线充电技术在一定程度上打破了时间和空间的限制,万物互联的时代需要无线充电技术的加持。可以预见无线充电技术在未来将会有非常广阔的应用前景。 无线充电“功率竞赛”落幕 就在各大厂商准备在无线充电功率方面大干一场的关键时刻,工信部正式出手,开始严格管控无线充电功率,拟规定所有生产、进口在国内销售、使用的移动和便携式无线充电设备额定传输功率不超过50W。 图3: 工信部《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定(征求意见稿)》 据了解,该意见稿目的在于规范无线充电(电力传输)设备有序使用无线电频谱资源,避免对各类依法开展的无线电业务产生有害干扰,维护空中电波秩序。 简而言之,就是在目前无线设备越来越多的环境下,通过设定无线充电功率限制来避免设备间互相干扰。 如果上述征求意见稿最终获得通过,50W以上的无线快充产品都将成为“绝唱”,这意味着无线充电的“功率竞赛”就此落幕。 那么,对于以手机为代表的消费电子设备充电而言,50W的无线充电技术能否满足消费者需求呢? 其实,50W已是一个不低的无线充电功率水平。在2020年小米发布的50W无线秒充技术中,已经实现40分钟即可将4500mAh大电池充至100%,充电速度超过了部分有线充电。毕竟苹果手机目前的有线充电器功率才达到20W,磁吸无线充电还只有15W。对于消费者而言,50W的无线充电功率足以满足对于手机快充的需求。 然而,在“功率竞赛”告一段落之后,无线充电技术接下来要关注哪些技术点呢? 01 提升充电效率/转化效率 我们先来了解一下无线充电系统的内部结构和工作原理。无线充电系统由发射端和接收端组成。以电磁感应方式为例,发射端与电源连接,电源被发射电路转变为高频电流,高频交流电使发射线圈产生波动磁场,变化的磁场在接收线圈上感 应出交流电,然后接收电路再把电流转化为直流电给设备电池进行充电,这样一来就实现了无线充电。 图4:无线充电供电示意图 ( 图源:行行查研究中心) 简单来说,就是采用电磁感应原理,实现“电生磁”-“磁生电”的相互转化。从产业链来看,无线充电产业链主要包括方案设计、无线充电芯片、磁性材料、传输线圈、模块制造等几个环节,行业入局者众多。 其中, TDK 是 无线充电线圈 领域的知名厂商,其面向智能手机及其他移动设备的无线充电线圈采用纤薄、灵活的金属磁片,实现了行业最薄的厚度。这些TDK无线电力传输线圈装置不仅超薄、超轻,同时也高度耐冲击。 贸泽电子在售的TDK无线充电小型Rx(接收)线圈单元WR202010-18M8-SM接收器具有10.68µH电感和2.96Ω的最大直流电阻。 图5:无线充电小型Rx线圈单元WR202010-18M8数据表 (图源:TDK) 据了解,该线圈设计上尽可能降低了电阻值上升的趋势,并实现了满足WPC Qi标准要求的电力传输效率。TDK设备具有超薄外形及0.5-0.6A的输出电流,可依据每项设计要求进行定制设计,并且无卤素,适用于智能手机、手持式移动终端、DSC、可穿戴设备等产品的无线充电应用中。无线接收线圈作为无线充电功能的重要硬件支持,其销量必定会随着无线充电功能的普及而不断攀升。 从无线充电技术的市场应用现状来看,现阶段无线充电的效率大多处于60%-80%之间,而有线充电效率可达95%,两种充电方式存在较大差距。因此,除了充电功率之外,充电效率和转换效率也是制约无线充电速度的关键。 在电磁感应模型中,电能转换为磁场能,再由磁场能变为电能的过程必然存在一定的能量损耗,并且由于比有线充电多了感应线圈这个“中间商”之后,能量转化率也出现大幅的降低。因此,提高无线充电效率和转换效率成为接下来行业要发力的方向之一。 提高效率可以从两点出发,一是增大输出,另一个是减少损耗: 增大输出方面,可以从材料选择来着手。选择好的磁性材料一方面可以增加磁通量,另一方面可以实现磁屏蔽。目前常用的磁性材料有 铁氧体 、纳米晶等,对磁通特性要求较高。无线充电的发射端与接收端上都覆盖无线充电线圈,线圈在工作时都会有损耗,因而使用好的材质可以降低线圈损耗,大大提升无线充电效率。 减少损耗方面,可以从优化线路与元器件选择来着手。线路上精简优化好,并且元器件选择好的材质,就可以减少输出损耗。此外,发射和接收线圈的耦合设计以及制造工艺都影响充电效率,电子线圈高端产品的技术门槛较高,能提供高端产品的生产商数量有限。 在提升无线充电效率方面,Texas Instruments的产品表现出色。贸泽电子在售的Texas InstrumentsBQ51051 BRH LR产品是一款高效、符合Qi标准的无线电源接收器,适用于便携式应用的集成锂离子/锂聚合物电池充电控制器。 BQ51051BRHLR在单个封装中集成了低阻抗同步整流器、低压降稳压器(LDO)、数字控制器、充电器控制器以及精确的电压和电流环路。整个功率级(整流器和 LDO)使用低电阻N- MOSFET 以确保高效率和低功耗,峰值AC-DC充电效率能达到93%。 图6:Texas Instruments BQ51051BRHLR无线电源接收器功能框图 (图源:Mouser) 据了解,BQ51051B器件提供高效的AC-DC电源转换,以及高效、安全地对锂离子和锂聚合物电池充电所需的各种控制算法。该器件与BQ500212A发送器侧控制器一起为直接 电池充电器 解决方案提供完整的无线电源传输系统。 通过使用近场感应电能传输,嵌入在便携式设备中的接收线圈可以接收发射线圈传输的电能,然后对来自接收器线圈的交流信号进行整流和调理,以直接向电池供电。从接收器到发射器建立全局反馈,以稳定功率传输过程。 TI 公司的无线充电产品组合改变了传统的连接性,可提供各种无线电源发射器和接收器器件,适用于直接和间接充电应用以及标准兼容和非兼容系统,其丰富的无线充电解决方案极大的满足了人们对于持续连接的需求。 02 增强易用性 目前,手机无线充电广泛采用的是电磁感应式技术。由于其研发门槛较低,技术趋于成熟,成本较低,因而被厂商广泛使用。但电磁感应无线充电局限较多,包括充电时需要对齐线圈、不能远距离无线充电、同时可充电设备的数量较少等。这几大短板限制了电磁感应无线充电的发展,致使该项技术在大部分应用场景中优势不明显,使用体验有待进一步加强。 为了解决以上问题,电磁共振式无线充电技术出现了,其原理是发送端遇到共振频率相同的接收端后,由共振效应进行电能传输。通过这项技术,即使没有像电磁感应式充电一样对齐线圈的位置,也依然能充电,并且充电距离可达10厘米左右。这样的距离与电磁感应技术相比没有本质区别,仍然不能实现远距离无线充电。其缺点是充电效率较低,并且距离越远,传输功率越大,损耗也就越大。 为了实现真正的无线充电,无线射频技术又应运而生。这种全新的隔空充电技术,通过发射装置的天线辐射无线电波,再由接收装置接收无线电波上承载的能量来完成“隔空”充电。这种充电方式覆盖的范围比前两种技术远得多。相比接触式无线充电,隔空充电才能让消费者真正感受到无线充电的魅力。 无线射频技术是目前无线充电技术研发的前沿,诸多企业都在研发使用不同的无线射频类型完成“隔空充电”,其优点是充电距离远,充电方式灵活,限制少,可以实现真正的“无线充电”。当然这种技术也有潜在的不足,比如对人体的潜在影响以及转换效率相比前两种方式较低。 无线射频技术被认为是下一代无线充电设备的核心技术,当真正成熟、低成本的电磁共振和射频无线充电器出现后,无线充电才能真正实现大家想象中的那种远高于插线充电的便利性。也许在消费电子领域,无线充电技术将从现有的电磁感应无线充电直接过渡到隔空充电,进而从有限的无线,发展到真正的无线。 目前而言,隔空充电技术想要达到真正的实际应用,仍有诸多问题需要解决。综合来看,不同的无线充电技术之间优劣各异,随着市场需求以及技术演进的趋势,每种技术都在寻求新的突破口。 图7:无线充电技术模式对比 (图源:头豹研究院) 03 EMI(电磁干扰)控制 所谓EMI(电磁干扰),是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。 由于无线电能传输系统在传播过程中需要借助磁耦合机构将发射侧的电能转化成高频磁场,因而容易产生EMI信号。这些EMI信号经过传导和辐射,不仅会污染电 磁环 境,还会对通信设备和电子仪器造成干扰。 同时,无线充电是辐射开放的磁场,开放磁场可能会对外部其它设备产生影响。所以在做芯片设计的时候,需要通过降低寄生参数、调整驱动的速度和时间以及添加磁性材料等方式来屏蔽电磁干扰,降低电磁干扰带来的影响。 如在无线充电的发射和接收端,可采用铁氧体等低成本软磁材料。通过对铁氧体屏蔽结构的优化设计可有效降低耦合机构的磁场泄漏,达到控制EMI的目的。 买电子元器件现货上唯样商城 由此可见,无线充电芯片和线圈对EMI有着较高要求。贸泽电子在售的来自 Vishay 的 Dale IWTX-4646BE-50无线充电发射器线圈能够提供耐用的结构和高磁导率屏蔽,该线圈在19V输入电压下能提供超过70%的效率。 图8:Vishay-Dale IWTX-4646BE-50无线充电线圈 (图源:Mouser) IWTX-4646BE-50线圈配备不受永久定位磁铁影响的高饱和铁粉,可与Vishay符合WPC的无线接收线圈配套使用。尺寸更大的铁氧体线圈在强磁场下会饱和。IWTX-4646BE-50在4000高斯磁场下的磁饱和为50%,可替代此类线圈。 综合上述内容来看,“功率竞赛”之外,提升充电效率、增强易用性、控制无线充电系统的电磁干扰等或将成为行业厂商接下来需要关注的重点方向。 而在无线充电方面一直表现亮眼的小米,自2018年推出首款无线充电手机以来,一直致力于推动无线充电技术的发展。近日,小米推出了“小感量+磁吸”无线充电预研技术,磁吸无线充电功率可达50W,损耗降低50%,进一步实现了“革命性的无线充电体验”。 无线充电市场前景可观 近几年随着无线充电的不断普及和推广,消费者对于无线充电的认知度和接受度正在不断提高,无线充电所应用的领域也将不断扩展。 据相关数据统计,全球无线充电市场规模从2016年的34亿美元增长至2020年的90亿美元,年均复合增速超过40%,2021年全球无线充电市场规模突破百亿美元,市场前景广阔。 图9:(图源:行行查研究中心) 未来,随着行业系统设计的改进、无线充电效率和易用性的提升,行业厂商将以更新、更好、更快且更具成本效益的无线充电解决方案,继续推动无线充电技术向前发展,以及市场预渗透率的持续攀升。
  • 热度 5
    2022-5-30 09:39
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    TWS蓝牙耳机充电仓方案(附BOM表)
    TWS蓝牙耳机一直很受欢迎,与之匹配的耳机母体——充电仓也非常重要。充电仓可对TWS耳机及自身进行充电管理、显示电量,将SOC(电池的荷电状态)传到手机APP。方案休眠电流低至0.5µA,符合收纳盒小巧空间需求,以及低待机功耗等节能要求。 方案特点 本方案基于BP66FW1240无线充电接收专用Flash MCU,组合了低功耗蓝牙芯片BC7161和电源芯片HT7133-1,可实现对自身以及耳机进行充放电管理,自带的软件库仑计可计算SOC(电池的荷电状态),同时通过BC7161蓝牙模块将SOC传到手机APP。 图1. 充电仓实物及SKD。 电量显示有两种方式:LED灯显示以及蓝牙APP显示。LED灯显示通过点亮灯的个数来显示电量,0~40%电量亮1个灯,40~60%电量亮2个灯,60~80%电量亮3个灯,80~100%电量亮4个灯。 LED灯除了可显示电量外,还可通过流水灯效来表示充电仓的充电状态。蓝牙APP显示需要在手机上预装对应的蓝牙APP,充电仓盖子开启时通过APP进行蓝牙连接即可观察到BC7161模块广播出来的电量数据。本方案基本特性如下: 工作电压:DC3.8V(锂电池供电)  工作电流:待机电流12µA, 耳机充电电流:340mA 温度条件:-40℃~85℃  收纳盒充电电流:140mA LDO输出电压:5V BLE工作频率:2426MHz BLE数据速率:1Mbps BLE发射输出功率:-2dBm 最大充电电流:600mA 方案原理 本方案主要由主控模块与蓝牙广播模块组成,主控芯片BP66FW1240具有4K ROM程序储存空间,20个双向I/O接口,以及多个定时器模块供用户使用,另外还具有I2C串口界面模块用于数据通讯。在无线充电接收部分则内建了高效率同步整流线路、线性充电功能、LDO和通讯调变功能。 图2. 原理图 (1)关键芯片 主控模块对内部电池充电方式有两种,一种是直接通过USB-Type-C界面直接充电,另一种是通过符合QI协议的无线充电底座进行充电。主控板连接的线圈可以将变化的磁场转换为交流电,MCU内置的同步整流电路将交流电转换为直流电,且整流后OVP电压不超过7V,继而通过内置的5V 30mA LDO电路。两种充电方式都可以给线性充电电路以及MCU供电,集成的线性充电可以对电池进行充电管理。 主控IC还通过控制DC/DC升压电路对CH+,CH-(耳机充电触点)进行控制,ETA1061为升压转换器。以12-bit A/D采集充放电电流数据,计算出当前电池电量。U2霍尔元件则判断收纳盒开盖状态,开盖时四颗LED灯显示充电状态以及SOC状态。 蓝牙广播模块主要元件为BC7161模块,是一个完全集成的2.4GHz发射器,由小数N分频合成器、可编程功率放大器(PA)和功率管理模块组成。与主控IC通过I2C通讯,在开启盖子时将主控IC计算出的库仑值进行广播。 (2)线圈选型 权衡成本和性能,选择相应的Rx线圈线材规格。大直径线材或者双股线材(两条平行线)拥有高效率,但价格更高,本方案线圈实物见图3,隔磁材料置于线圈下方,具体参数如下, 感量:14µH; 圈数:14 圈,单芯线; 尺寸:长28.3mm,宽16.2mm; 线径:0.33mm。 图3. 线圈实物 首先,需要确定LC网络匹配,计算相关参数。方案中的Rx线圈网络由串联谐振电容C27、C28和并联谐振电容C25、C26组成,可简化为下图4所示,这两个电容组成了一个双谐振电路,其大小尺寸必须根据无线充电联盟(Wireless Power Consortium,WPC)规范来正确选择。 图4. LC网络匹配 根据WPC电气规范要求,谐振频率必须为100kHz,双谐振电路C1电容量计算公式为: C1 = 1 / 式中,LS’为互感感值,将线圈置于符合QI认证的无线充电器上再进行感值测量,即可得到互感值。经测量,我们得出互感值LS’约为15.3µH。 C1确定后,计算双谐振电路C2、LS時。此时,次级谐振频率必须为1.0MHz,测量得出互感值LS约为14µH。 C2 = 1 / 下一步,要确定隔磁材料。线圈隔磁材料为铁氧体片,其作用主要有两个。 (1)为磁通量提供一条低阻抗通路,减少漏感现象提高效率。 (2)使用更少的匝数来实现更高电感的线圈,这样便不会产生过高的电阻,提高能量传送效率。 (3)PCB布线事项 图5为主板PCB(上)及蓝牙模组(下)布线图。 图5. PCB布线图 其中,上左为主板PCB正面,上右为主板PCB反面。下左为蓝牙模组PCB正面,下右为蓝牙模组PCB反面。 芯齐齐BOM分析 本TWS耳机充电仓方案BOM表由主控板和蓝牙模组两部分组成,元器件总数70个。 主控PCB BOM表元器件42个,包括BP66FW1240无线充电接收专用Flash MCU,两个P沟道功率MOS管,一个USB_TYPE_C接口连接器,以及双极性晶体管和阻容元件等。 图6. TWS耳机收纳盒方案BOM表 蓝牙模块PCB BOM表元器件28个,包括BC7161低功耗蓝牙芯片(U1)、HT7133-1电源芯片(U5)、ETA1061升压转换器(U2),两个N沟道MOS管,一个32MHz石英晶体谐振器,需要注意的是对应的匹配电容应选择12pF NP0类的MLCC元件。
  • 热度 4
    2022-1-17 11:08
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    采用BP45Fxxxx套料的低成本电动牙刷方案(电路图+BOM表+PCB布线图)
    电动牙刷深受年轻一簇和青少年及儿童的欢迎,基本原理是无线充电技术。牙刷采用自动旋转刷头,符合人体工程学设计,再加上自由切换振幅强度,不仅能促进口腔的血液循环,还保证了刷牙的高效与便捷。 方案特点 无线充电电动牙刷一般分无线充电发射座(充电座)、声波电动牙刷(牙刷本体)两部分,充电座用于无线充电发射与ID识别,牙刷本体具有无线充电接收、锂电池充电管理、放电管理、声波马达控制与LED指示四项功能,设计简单制作方便。 方案的充电座由USB 5V供电并通过LC谐振方式提供电源给牙刷本体,并提供单向通讯功能使充电座可以接收信息,并识别由牙刷本体回传的ID信息。 牙刷本体在充电过程中提供充电管理、LED电量显示功能,牙刷本体在操作时依不同设定,控制声波马达进行相对应的刷牙模式。 图1. 方案原理及实物 1、充电座 BP45F0044内建高压N型MOSFET控制LC谐振,并通过外部的电流采样电阻与内建解调功能进行通讯解调,也内建四段I/O直推LED电流选择,达到外部元件精简的目的。 通过外部的电流采样电阻与解调功能进行通讯解调,通过牙刷本体所回传ID判断是否进行供电,若回传ID不正确将停止发送能量,达到降低系统平均功耗的目的。 2、牙刷本体 主控IC BP45F1330内建线性充电电路,用于锂电池充电管理,并集成H桥驱动电路可控制马达正反转,且内建四段I/O直推LED电流选择可节省外部限流电阻。 在进入工作模式1时,将自动进入休眠模式,系统完全停止运行,平均待机电流约1μA,达到省电的效果。 方案电路 无线充电功能是基于将能量以交变磁场方式,把充电座能量传送到牙刷端,使牙刷端感应出交变电流。牙刷端需要将感应出的交流电经过整流电路后,才能使之变为可供IC使用以及锂电池充电的直流电电源。通讯也在无线充电中扮演重要角色,当充电座可与牙刷成功通讯时,充电座才会将功率发射,平时则关闭功率发射并待机以降低功耗。而牙刷本体在操作时,依不同设定,控制声波马达进行相对应的幅度摆动与频率摆动,达到不同清洁效果。 本方案充电座工作电压为DC5V(USB供电),工作电流160mA(已连结牙刷本体)。充电座输入的USB 5V电源,通过PWM功能控制内部MOS进行LC谐振控制,并通过外部的电流采样电阻与解调功能进行通讯解调,通过牙刷本体所回传ID判断是否进行供电。 牙刷本体工作电压DC3.0~4.2V(锂电池供电),待机功耗1μA(休眠模式),工作耗电600mA(LED+声波马达),主控IC BP45F1330内建线性充电电路可用于锂电池充电管理,H桥驱动电路可直接驱动电机。牙刷本体的输入电源由LC谐振供应,并经由稳压电路再提供至IC,通过内部的线性充电电路对3.7V锂电池行涓流、恒流、恒压的充电控制,其充电电流根据使用者的设计而有所不同,充电过程中牙刷本体会与充电座进行通讯,使充电座获取牙刷本体的ID,进而达到绑定的功能。 图2. BP45F0044 + BP45F1330电动牙刷方案电路 在操作时依不同设定,控制声波马达进行相对应的幅度摆动与频率摆动,达到不同的清洁效果。 (1)充电模式:牙刷本体放上充电座后进入充电模式,充电时牙刷本体电池电压小于3.3V时会亮红色LED指示灯,在大于3.3V小于3.8V时会亮黄色LED指示灯,当大于3.8V时会亮蓝LED指示灯,并且带有呼吸灯效果。 (2)工作模式:牙刷本体有4段不同工作模式,通过按键做循环切换,其中工作模式0为进入休眠模式,并关闭震动与LED灯,工作模式1/2/3分别表示不同的清洁效果,并以3个白色LED灯表示现在工作的模式。 BOM表及PCB布线 此方案包含两个MCU芯片,其中充电座使用移动电源专用MCU BP45F0044作为主控,内部提供0.5K的程序储存空间、4个双向I/O、高压N型MOSFET、可程序化PWM电路与解调电路供用户使用。牙刷本体使用BP45F1330作为主控MCU,内部提供2K的程序储存空间、14个双向I/O、H桥驱动电路可供用户使用。 无线充电发射与数据接收方面,充电座以BP45F0044内建之高压N型MOSFET与可编程PWM电路,控制LC谐振电路发射无线充电功率,以及内建之解调电路供无线充电数据接收使用。在声波马达与锂电池充电控制方面,牙刷本体以BP45F1330内建之H桥驱动电路控制声波马达,以及内建之线性充电电路对锂电池进行充电管理。 图3. PCB Layout 充电电路部分,需在牙刷本体输入电源设计一前端保护电路,由全桥电路整流后通过稽纳二极管稳压,防止能量过高时将牙刷本体的IC损毁。由于方案电流约45mA,电压5V,功率为0.225W,故选择0.5W齐纳二极管作为稳压管。 充电座线圈电感值为8.9μH,预设谐振频率为130kHz,使用LC谐振公式算出谐振电容为168.41nF,并调整PWM的程序内LCFreq与PWMDuty参数,使PWM输出能够于LC谐振波形的零点作切换,此方案调整的PWM频率为114.3kHz;接着牙刷本体电感为20μH,以充电座的PWM频率计算出牙刷本体谐振电容为96.97nF。 图4. 电动牙刷方案BOM表 线圈选型时,充电发射线圈采用线径0.6mm的多芯漆包绞线绕制10圈,感量32.01μH,尺寸为高8mm、直径10mm带导磁柱的圆柱形。声波电动牙刷线圈采用线径0.3mm的单芯漆包线绕制18圈,感量53.59μH,尺寸为高9mm、直径15mm圆柱形。
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    2021-12-8 16:07
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    电磁感应式无线充电的工作原理
    无线供电有多种方式,其中最普遍的是电磁感应方式。电路结构简单,高效率是电磁感应方式的优点。 电磁感应方式的工作原理 电磁感应方式遵循法拉第电磁感应定律。 法拉第电磁感应定律,是在消除磁通量变化的方向上产生感应电动势,方程式如下。 【相对的次级线圈和初级线圈】 线圈初级侧供给交流电压时,会产生磁通量。 为消除这些磁通量,次级侧产生感应电动势。 次级侧产生的功率可以用在设备充电上。 用于送电的初级侧线圈被嵌入在充电座,因此充电座侧称为发射器。 用于受电的次级侧线圈相当于便携式设备,称为接收器。 这是无线供电(电磁感应方式)的基本结构。实际上,为了商品化,需要进一步优化效率、传输距离、充电稳定性等。 【发射器与接收器】 推进组织 电磁感应方式由WPC的Qi标准、AirFuel的AirFuel Inductive标准推进。 WPC Qi WPC是Wireless Power Consortium的略称,是以无线供电国际标准"Qi"的制定和普及为目的设立的组织。 Qi读作"气"。 Qi标准以往只有5W以下的BPP(Baseline Power Profile),之后相继制定出15W以下的EPP(Extended Power Profile),因此实现了与有线充电相同能力的无线充电。 罗姆作为WPC的正式会员,从普及阶段,即无线供电WPC Qi标准的制定阶段开始参与协商,超前进行了满足市场要求的产品开发。 【Qi 商标】 AirFuel 有别于WPC的另一个无线供电组织(AirFuel Alliance)。 由PMA(Power Matters Alliance )的PMA标准<电磁感应方式>和A4WP(Alliance for Wireless Power)的Rezence标准<磁场谐振方式>整合而成。 现正在推进AirFuel Inductive(旧PMA标准)和AirFuel Resonant(旧Rezence标准)两个不同的标准。
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    2021-12-8 16:05
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    什么叫无线供电(充电)? 相信有不少人知道无线供电。 无线供电是不通过连接器、金属接点等作为媒介,传输功率的技术。 被称为非接触充电、非接触功率传输、无线供电等。 无线供电技术在充电时不需要电源线,因此有望提高设备连接的安全性、防水性、防尘性,同时具有标准规格,一个供电装置能用于各种终端,有望得到极大的普及。 无线供电的优点 向便携式设备充电时,以往普遍的方法,是用适配器以有线方式充电。 还有用USB充电的方式。 这些都是通过连接器,经电缆供电。 而无线供电,只需放在充电座上就可以充电。 因为不需要连接器,所以能提高设备的防水性、可靠性,没有连接器不良的情况发生。 另外,还能制造出设计感十足的产品。 如果这个充电座得到普及,那么能在外出地点对各种设备进行充电,不需要携带适配器、电缆等。 无线供电方式 无线供电有多种方式。 下表为代表性的方式。 方式 电磁感应方式 磁场共振方式 电场耦合方式 电波接收方式 概要 大功率化 ○ ○ ◎ △ 效率 ○(~90%) △(~60%) ○(~90%) × 传输距离 ×(~数cm) ○(~数m) ×(~数cm) ○(~数m) 【无线供电方式】 ■电磁感应方式 利用送电侧与受电侧间产生的感应磁通量来传输功率,是普遍的无线供电方式,电路结构简单,小型且成本低。 另外高效率也是其优点。 传输距离短,容易受位置偏离的影响是其缺点。 ■磁场共振方式 使送电侧与受电侧的谐振器与磁场共振,从而传输功率的方式。 适用于长距离传输,作为EV(电动汽车)的充电用途正在推进开发。 其中效率的提高成为了课题。 ■电场耦合方式 送电侧与受电侧分别连接电极,使形成电容器,通过高频传输功率及在对面侧电极也有电流流过的现象(谐波电流),从而传输功率的方式。 虽然与电磁感应方式同为短距离传输,但不易受到位置偏离的影响,且供电部发热少,这是其优点。 产生高电压的变压器厚度变大是其缺点。 ■电波接收方式 在送电侧将电流转换为电磁波,而受电侧的天线接收该电磁波,在整流电路中将其转换为直流电流,是利用电磁场进行供电的方式。 具有数米的长距离传输,但效率低是其缺点。 来源:rohm
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