标签: 无线充电

01 物联网系统中为什么要使用无线充放电芯片 物联网系统中使用无线充放电芯片的原因主要体现在以下几个方面： 去除充电线束缚 传统的有线充电方式需要使用充电线连接设备和电源，这在物联网设备众多且分布广泛的情况下，不仅增加了管理的复杂性和成本，还限制了设备的移动性和灵活性。无线充放电芯片通过无线传输能量，消除了充电线的束缚，使得物联网设备可以更加自由、灵活地部署和使用。 提高充电效率和便携性 无线充放电芯片采用了电磁感应、共振效应等无线传输技术，能够实现高效、长距离的能量传输。相比传统有线充电方式，无线充电效率更高，充电时间更短，提升了用户的使用体验。同时，无线充电的便携性也更适合物联网设备的多样化应用场景，如智能家居、智慧城市、工业物联网等领域。 简化设备维护和管理 在物联网系统中，设备数量众多且分布广泛，传统的有线充电方式需要定期检查和更换充电线，增加了维护成本和管理难度。而无线充放电芯片通过统一的无线充电基站或嵌入式的无线充电模块，可以实现对多个设备的集中管理和维护，降低了维护成本和管理难度。 提升系统安全性和可靠性 无线充放电芯片在设计和使用过程中，通常会考虑辐射安全、系统干扰等问题，并采取相应的措施来确保系统的安全性和可靠性。例如，通过优化发射端和接收端的设计，减少电磁辐射对人体的影响；通过采用特定的解决方案来防止无线充电信号与数据通信信号之间的干扰等。这些措施有助于提升物联网系统的整体安全性和可靠性。 拓展物联网应用场景 随着无线充电技术的不断发展和成熟，其在物联网领域的应用场景也在不断拓展。例如，在智能家居中，无线充放电芯片可以用于为智能门锁、智能灯泡、智能插座等设备提供无线充电支持；在智慧城市中，无线充电技术可以用于为路灯、交通监控摄像头等设备提供远程充电支持；在工业物联网中，无线充电技术则可以用于为生产线上的机器人、传感器等设备提供持续稳定的电力供应。 综上所述，物联网系统中使用无线充放电芯片具有多方面的优势，这些优势共同推动了无线充电技术在物联网领域的广泛应用和发展。 本文会再为大家详解电源芯片家族中的一员——无线充放电芯片。 02 线充放电芯片背景 现今几乎所有的电子设备，如手机，MP3和笔记本电脑等，进行充电的方式主要是有线电能传输，既一端连接交流电源,另一端连接便携式电子设备充电电池的。这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏主板接口，另外不小心也可能带来触电的危险。 无线充电运用了一种新型的能量传输技术—— 无线供电技术 。该技术使充电器摆脱了线路的限制，实现电器和电源完全分离。在安全性，灵活性等方面显示出比传统充电器更好的优势。在如今科学技术飞速发展的今天，无线充电显示出了广阔的发展前景。 无线充电已从梦想成为现实，从概念变成商用产品。产品实例： 图： 手机笔记本无线充电器 图：新能源汽车无线充电 图： 电动牙刷无线充电 03 无线供电特点 3.1优点： （1）便捷性：非接触式，一对多充电 与一般充电器相比，减少了插拔的麻烦，同时亦避免了接口不适用，接触不良等现象，老年人也能很方便地使用。 一台充电器可以对多个负载充电，一个家庭购买一台充电器就可以满足全家人使用。 （2） 通用性：应用范围广 只要使用同一种无线充电标准，无论哪家厂商的哪款设备均可进行无线充电。 （3）新颖性，用户体验好 （4）具有通用标准 主流的 无线充电标准 有：Qi标准、PMA标准、A4WP标准。 Qi标准：Qi标准是全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟（WPC，2008年成立）推出的无线充电标准，其采用了目前最为主流的电磁感应技术，具备兼容性以及通用性两大特点。只要是拥有Qi标识的产品，都可以用Qi无线充电器充电。2017年2月，苹果加入WPC。 PMA标准：PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。PMA也是采用电磁感应原理实现无线充电。目前已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟。 A4WP：Alliance for Wireless Power标准，2012年推出，目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。A4WP采用电磁共振原理来实现无线充电。 3.2缺点 （1）工作距离短 目前的无线充电技术大多在短距离范围内的近磁场对电子设备进行无线充电。因为无线电能传输的距离越远，功率的耗损也就会越大，能量传输效率就会越低，且会导致设备的耗能较高。 （2）转换效率低，速度慢 无线充电技术虽然简单便捷，但是其硬伤在于缓慢的充电速度和充电效率。 （3）功耗较高，更加费电 随着无线充电设备的距离和功率的增大，无用功的耗损也就会越大。 （4）成本较高，维护消耗大，不符合标准会有安全隐患危险 04 无线供电原理及实现方式 无线充电利用 电磁波感应原理 进行充电，原理类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流。 2007年6月麻省理工学院以Marin Soljacic为首的研究团队首次演示了利用电磁感应原理的灯泡无线供电技术，他们可以在一米距离内无线给60瓦的灯泡提供电力，电能传输效率高达75%。 研究者由此设想电源可以在这范围内为电池进行无线充电，进而推想只需要安装一个电源，即可为整个屋里的用电器供电。传输线圈的工作频率在兆赫兹范围，接收线圈在非辐射磁场内部发生谐振，以相同的频率振荡，然后有效的通过磁感应进行电能传输。 图：无线充电原理 实现无线充电技术主要通过四种方式：电磁感应式、磁场共振式、无线电波式、电场耦合式： 4.1 电磁感应式 1890年，物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉就已经做了无线输电试验，实现了交流发电。 迈克尔·法拉第发现电磁感应原理，电流通过线圈会产生磁场，其他未通电的线圈靠近磁场就会产生电流。 图：电磁感应式原理 电磁感应式充电：初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应，事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。 电磁感应式是当前最成熟、最普遍的无线充电技术，原理有些类似于变压器。 图：电动汽车无线充电原理 4.2 磁场共振式 图：磁场共振方式原理 磁场共振充电由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术，由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。 相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。 应用：意法半导体与WiTricity合作开发谐振无线电能传输芯片 意法半导体(简称ST)与超长距离无线电能传输技术先驱WiTricity公司,宣布合作开发电磁谐振式无线电能传输半导体解决方案。 此方案支持消费电子和物联网设备快速无线充电,并支持多个设备同时充电。这个电磁谐振无线电能传输芯片被称为“无线充电2.0”,与现有无线充电技术不同的是,这款芯片能够给金属外壳的智能手机、平板电脑和智能手表高效充电。 4.3 无线电波式 无线电波式充电：这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。 整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管，能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率 图：无线电波充电示意图 应用：AirVolt无线充电器 AirVolt是一款利用无线电波给移动设备进行充电的无线充电器。和同类型产品一样,它的效率要比有线充电低一些。AirVolt充电头通电后可以将电能转化为电磁波,接收器获取后会将电磁波又转化为电能为手机充电。当电量充满到80%时就会自动停止充电, 低于20%时又会自动充电, 既保证了手机最佳电量又不会导致过度充电, 增加了电池使用寿命。 AirVolt由 TechNovator公司开发, 需要充电时只要将接收器插进手机, 再将充电头插上插座就能进行远程无线充电。最佳充电距离是9米之内,而最远距离可达12米,躲到屋里任何一个角落都能充电!接收器和充电头体积都足够小，充电速度就比普通充电器慢一些。有Lightning 或 Micro usb两种接口选择, 满足不同需要。 4.4 电场耦合式 电场耦合式充电原理：利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。一般充电模块是由2个非对称偶极子按垂直方向排列而成的，这组偶极子各由供电部分和接收部分的活性炭电极和接地电极组成。无线供电模块就是通过这2个非对称偶极子的电场耦合而产生的感应电场来供电的。 电场耦合方式的特点大致有三： ①充电时可实现位置自由，②电极薄，③电极部的温度不会上升。因此不仅能够提供便利性，而且还可降低系统成本。目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台 。 4.5 无线充电一般流程 一般来说，无线充电步骤分为： 检测、通信、供电 三个阶段： （1） 检测阶段：识别可供电设备及异物（FOD） 当接收器放置在发射器工作范围内，发射器检测是否是一个接收器靠近 （2） 通讯阶段：进行身份认证 发射器发送数据包，并且为接收器供电启动接收器，之后接收器回复响应数据完成身份的认证 （3） 充电阶段：进行电能传输 在身份认证后，发射器根据接收器的设备类型，选择相应的功率等参数，为接收器充电 以Qi标准为例，整体流程如下： 图：Qi标准通讯流程 现今无线充电系统都采用共振的方式进行设计，在架构上都大至相同有下列这些构造： 发射器 内有 • 直流电源输入 • 频率产生装置 • 切换电力的开关 • 发射的线圈与电容谐振组合 接收器 内有 • 接收的线圈与电容谐振组合 • 整流器; • 滤波与稳压器 • 直流电源输出 05 现有解决方案分析： 国外 ：(包括芯片/方案/发射接收器件) IDT、TI、Freescale、高通、博通、NXP、Fulton、Energous、Delphi、松下、东芝、富士通等。 国内 ：中惠创智、新页、中兴、劲芯微、美嗒嗒、微鹅、斯普奥汀、华润矽科、新捷、伏达、以及台湾凌阳等。 在无线充电发射器上放置不同的接收器，接收器可为不同的装置从小电力的耳机到大功率的笔记型计算机，因此一个成熟的解决方案首先应该要能检测到对应不同的目标物；而每个接收装置的电力需求会有所不同，这时发射器需要能自动调节功率输出进行供电。 5.1 IDT无线IC方案 图：IDT无线发射与接收IC IDT公司的无线充电技术解决方案具备高集成度，提供单芯片SOC解决方案，支持QI-LOGOWPC认证，并且兼容POWERMATE模式；具有加密通讯（FSK、ASK实现），异物检测模式功能。IDT目前是英特尔整个平台无线充电技术唯一的合作伙伴。现已有多家厂商使用IDT无线充电解决方案。 IDT的无线充放电IC在无线充电效率在15W时最高可达87%，提高了系统的热性能，可以媲美传统的有线充电架构。其内部处理器基于32位ARM Cortex-M0架构，通过I2C通讯控制，并且提供了扩展的数字IO引脚以及相关软件库。 图 ：IDT无线充电解决方案原理 成本评估参考 ： 芯片 价格 ($) P9242-RNDGI (15W Transmitter) $ 4.4 P9221-RAHGI8 (15W Receiver) $ 3.2 P9038-RNDGI (5W Transmitter) $ 3.9 P9025AC-RNBGI (5W Receiver) $ 3.2 06 FAQ及相关测试结果 6.1、人体危害： 当电磁波频率加到1GHz以上就会直接对水分子加热；这个原理就变成微波炉了，所以无论13MHz会对金属加热或是1GHz以上直接伤害人体，无线电力在设计时必需解决安全的问题才能上市 6.2、发热： 接收端5W的需求在只有20%的转换效率下有20W的能量转换成热能散逸，这样的能量会产生庞大的热能会导致系统温度大幅上升，在这样的推算下，系统最大输出能力会在25W，若为无安全设计下于发射器上放置金属异物可能会导致火灾意外。因此有必要做设备识别。 6.3、充放电效率问题： 发射端输入电压为5VDC，接受线圈之间距离为3cm，接收端通过接受线圈获取电能，通过整流滤波形成稳定的5v直流电。 6.4、互感影响：垂直距离和水平位置影响 6.5、距离以及线圈大小对充电效率的影响。 远距离（相隔一定的空间）的感应电能传输效率非常低，而在设备附近（例如表面）进行的感应电能传输则可以真正做到高效，其效率可与有线传输比拟。 1)或线圈大小差距越大，效率降低的幅度越大 距离越小(z/D < 0.1)，线圈大小越接近(D2/D = 0.5…1) ，效率越高 6.6、功耗问题。 与2相同条件下，发射端待机功耗： 供应商A:伏达半导体 1、产品能力 （1）选型手册 （2）主推型号1：NV1680 对应的产品详情介绍 NU1680是一款高度集成的无线电源接收器，与传统的无线电源接收器相比，它只需要更少的外围元器件。是一个低成本和较小PCB面积的无线电源接收解决方案。由于不需要固件来编程，它将大大简化设计工作，并更容易和快速地整合解决方案。它集成了一个同步整流器，无需自举电容，具有高效率和低成本的特点。可提供3.5V到9V的宽范围稳压，适用于不同的应用场合。此外，它可以调节输出电压跟踪电池电压，进一步降低充电系统的功耗。NU1680可以通过ASK与发射系统进行通信。通信符合WPC V1.2.4。FOD参数可通过I2C接口或外部电阻进行配置，以通过FOD测试。NU1680还支持连接到主AP，通过I2C接口进行通信。提供外部中断、电池电压ADC值、输出电流等。NU1680还支持标准保护功能，如过流保护、短路保护、过压保护和热关机。这些保护措施进一步提高了系统解决方案的可靠性。封装：3.0mm×3.0mm QFN。 硬件参考设计 研发设计注意使用事项 PCB 设计顶层电路如下图所示 C7/C8/C9/C21 是谐振电容，C1/C2 是 COMM 电容并应将它们放置在 IC 芯片的左边，同 时越接近芯片越好 L1 线圈走线应为宽铜线 VRECT 引脚端需分别各接一个电容（10uF/16V 或 4.7uF/16V） 在 IC 芯片底部散热焊盘上放置一些通孔，以获得良好的热传导 底层部分如下图所示，这里只需考虑一个因素，即连接两个 VRECT 引脚的铜线线宽至 =0.3mm，同时每侧最少放置两个通孔。 注意：尽可能减小谐振环路，同时将其远离其他信号电路 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）

01 物联网系统中为什么要使用充电电池管理芯片 物联网系统中使用充电电池管理芯片的原因主要有以下几点： 提升电池安全性和稳定性 实时监测与保护：电池管理芯片能够实时监测电池的电压、电流、温度等关键参数，及时发现并防止电池过充、过放、过流、过热等异常情况，从而避免电池损坏甚至爆炸等安全隐患。这对于物联网系统中大量使用的电池供电设备来说至关重要。 均衡管理：对于串联电池组，电池管理芯片还能实现单体电池之间的电压均衡，确保每个电池都处于最佳工作状态，延长整个电池组的使用寿命。 优化电池性能 智能充放电控制：电池管理芯片能够根据电池的实时状态调整充放电策略，如采用智能快充技术缩短充电时间，或在电池接近满电时自动降低充电电流以减少热量产生。这些措施有助于提升电池的使用效率和循环寿命。 高效能量利用：通过精确控制电池的充放电过程，电池管理芯片可以减少不必要的能量损耗，提高能量利用效率，这对于依赖电池供电的物联网设备来说具有重要意义。 适应复杂应用环境 宽范围工作条件：物联网设备往往需要在各种复杂环境中工作，如高温、低温、潮湿等。电池管理芯片通常具备较宽的工作温度范围和电压监测范围，能够适应这些极端条件，确保电池的稳定运行。 高集成度与小型化：随着物联网技术的发展，设备对小型化和轻量化的要求越来越高。电池管理芯片的高集成度使得其能够在有限的空间内实现多种功能，满足物联网设备对体积和重量的限制。 提升系统可靠性和用户体验 延长设备续航：通过精确管理电池的充放电过程，电池管理芯片可以最大限度地延长设备的续航时间，减少用户因电池电量不足而频繁充电的烦恼。 降低维护成本：电池管理芯片的应用可以减少因电池故障而导致的设备停机时间和维修成本，提高系统的整体可靠性和经济性。 具体应用场景 充电电池管理芯片广泛应用于各个领域，包括但不限于： 电动汽车和混合动力车：用于电池组的监测、保护和控制。 紧急照明和UPS电源：用于储能系统和应急电源的电池管理。 便携式电子设备：如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、无人机等设备的电池管理。 太阳能和风能储能系统：用于储能系统中的电池组管理。 医疗设备：确保医疗设备的电池稳定、安全地运行。 综上所述，物联网系统中使用充电电池管理芯片是出于提升电池安全性、优化电池性能、适应复杂应用环境以及提升系统可靠性和用户体验等多方面的考虑。这些优势使得电池管理芯片在物联网领域得到了广泛的应用和推广。 本文会再为大家详解电源芯片家族中的一员——充电电池管理芯片。 02 充电电池管理芯片的定义 充电电池管理芯片（Battery Management Chip, 简称BMS）是一种集成电路，主要用于监控、控制和保护电池。它在电池组中起着关键作用，确保电池的安全性和性能稳定。电池管理芯片通常由微控制器、电压监测电路、温度监测电路、电流测量电路和保护电路等组成，能够实时监测电池的电压、电流、温度等参数，并根据这些参数调整充电和放电策略，防止电池过充、过放、过流、过热等异常情况的发生。 03 充电电池管理芯片的原理 充电电池管理芯片的工作原理主要包括以下几个方面： 电压监测：通过对电池组中每个单体电池的电压进行监测，判断电池的充放电状态以及单体电池之间的电压均衡情况。 温度监测：通过传感器对电池组和单体电池的温度进行监测，防止电池过热或过冷引发安全问题。 电流测量：通过电流传感器对电池组中的充放电电流进行测量，实时监控电池组的工作状态。 保护控制：根据监测到的电压、温度和电流等参数，对电池组进行保护控制，包括过充保护、过放保护、过流保护等。 具体工作过程如下： 离子电池的充电过程可以分为四个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。 锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。 锂电池的充电方式是限压恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充电方式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为 4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。下图为充电曲线 图1 图2 阶段1：涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA)， 阶段2：恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V. 阶段3：恒压充电—— 当电池电压上升到4.2V时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，当减小到0.01C时，认为充电终止。（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh的容量，1C就是充电电流1000mA。） 阶段4：充电终止—— 有两种典型的充电终止方法：采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流，并在充电电流减小到0.02C至0.07C范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时，持续充电两个小时后终止充电过程。 上述四阶段的充电法完成对完全放电电池的充电约需要2.5至3小时。高级充电器还采用了更多安全措施。例如如果电池温度超出指定窗口(通常为0℃至45℃)，那么充电会暂停. 充电结束后,如检测到电池电压低于3.89V将重新充电。 图3 图3是可以对短路的电池激活的充电方法。 上图为充电流程 手机充电器的工作流程一般为： 1. 检测电池的电压，如果低于一个阈值电压，就要进行涓流充电； 2. 电池充到一定电压（一般设置为2.9V）时，进行全电流充电； 3. 当电池电压达到预置电压（锂离子电池一般为4.2V）时，开始恒压充电，同时充电电流降低； 4. 当电流逐渐减小到规定的值时，充电过程结束。 电池电压低于2.5V（Vshort）时,锂离子电池充电器用25mA的电流预充,防止深度放电的锂离子电池在快充时被损坏甚至发生危险。 对于电压过低的电池需要进行预充，电池电压低于2.5V（Vshort）时,锂离子电池充电器用25mA的电流预充,防止深度放电的锂离子电池在快充时被损坏甚至发生危险。 充电终止检测除电压检测外，还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如电池温度监测，检测电池温度用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时关闭对电池充电。 限定充电时间，为电池提供附加保护。 除了上面的流程描述，它还具有自动重新充电、最小电流终止充电等特性。 一般来说，恒压充电结束时的小电流充电过程中，电流的大小一般为恒流充电时电流的十分之一。目前在锂离子电池充电器的设计中，对手机充电结束后由于某种因素放电的情况而专门设计了检测电路，一旦检测到电池电压降低，就会重新启动充电过程（见上图）。 软件要做的工作是设置进入快速充电的电压阈值，进入恒压充电的电压阈值，充电超时时间，恒流充电的电流值，恒压充电的电压值，充电结束的电流阈值，中断处理，提供sys接口给上层都充电的状态，包括电池的类型，电池最高电压，电池最低电压，电池当前电压，电池电量的百分比，电池的状态，充电电流和电池温度等等。 可以用测量电压的方法估算电池剩余容量： 4.20V----100% 3.95V----75% 3.85V----50% 3.73V----25% 3.50V----5% 2.75V----0% 04 充电电池管理芯片的选型参数 在选型充电电池管理芯片时，应根据具体应用需求综合考虑以下参数： 电压监测范围：应具备较宽的电压监测范围，以适应不同类型电池的需求。 温度监测范围：应具备较宽的温度监测范围，以适应不同环境温度下的工作需求。 电流测量精度：应具备较高的电流测量精度，以保证对电池组工作状态的准确监测。 保护功能：应具备过充、过放、过流等保护功能，以确保电池的安全使用。 集成度：集成度越高，所占空间越小，越有利于电池组的整体设计。 通信接口：根据主控芯片的通信接口选择兼容性良好的电池管理芯片。 功耗和转换效率：低功耗和高转换效率有助于延长电池寿命和提高系统效率。 05 充电电池管理芯片的使用注意事项 在使用充电电池管理芯片时，需要注意以下几点： 准确连接：确保电池管理芯片与电池组、主控芯片等设备的连接准确无误，避免接错线或短路。 散热处理：电池管理芯片在工作过程中会产生一定的热量，需要进行适当的散热处理，防止芯片过热。 软件配置：根据实际需求配置电池管理芯片的软件参数，如充电电流、放电电流、保护阈值等。 故障检测：定期检查电池管理芯片的工作状态，及时发现并处理故障问题。 环境适应性：考虑电池管理芯片在特定环境下的适应性，如温度、湿度等。 06 充电电池管理芯片的厂商 市场上有多家知名的充电电池管理芯片厂商，如德州仪器（TI）、圣邦微电子（SGM）、英集芯（INJOINIC）等。这些厂商提供的电池管理芯片在性能、功能、可靠性等方面都具有一定的优势，用户可以根据实际需求选择合适的厂商和产品。 请注意，以上信息仅供参考，具体选型和使用时还需结合实际情况进行综合考虑。 供应商A：圣邦微 1、产品能力 （1）选型手册 （2）主推型号1:SGM40560 对应的产品详情介 圣邦微SGM40560是一款专为小容量锂离子/聚合物锂离子二次电池设计的精密线性恒流、恒压充电的单片电路。以下是关于圣邦微SGM40560的详细介绍： 一、产品特点 独立工作：SGM40560能够独立完成完整的预充、快充、涓流浮充、回退供应保持、阻性压降补偿和再充电过程。 多种最大充电电压选择：提供五种不同的最大充电电压选项，包括3.65V、4.05V、4.2V、4.3V和4.4V，以满足不同电池的需求。 高精度充电：通过高精度控制，确保电池充电过程的安全和稳定。 宽电源电压范围：支持3~26.5V的宽电源电压范围，适用于多种应用场景。 灵活配置：充电电流可通过外加电阻进行设置，提供灵活的充电控制。 智能指示：通过LED指示灯，可以方便地了解电池的充电状态，如充电中和充电完成。 热限流保护：具备自动热限流功能，防止芯片过热，提高产品的可靠性。 绿色封装：采用TDFN-2×2-6AL和SOIC-8 (Exposed Pad)绿色封装，符合环保要求。 二、应用场景 SGM40560广泛应用于各种需要小容量电池供电的设备中，如： 蓝牙耳机、蓝牙鼠标等无线设备 无线体温计、无线血氧计、无线脉搏计等医疗设备 有源钥匙、有源信标等安全设备 光伏蓄能维持、花鼓发电机蓄能维持等可再生能源系统 三、参数 在选择SGM40560时，需要考虑以下参数： 最大充电电压：根据电池类型选择合适的最大充电电压。 封装形式：TDFN-2×2-6AL或SOIC-8 (Exposed Pad)封装，根据实际应用场景和空间限制进行选择。 工作温度范围：SGM40560的工作温度范围为-40℃至+125℃，需确保应用环境在此范围内。 充电电流：通过外加电阻进行设置，需根据具体需求进行配置。 四、使用注意事项 正确连接：确保SGM40560与电池、电源等设备的连接正确无误，避免接错线或短路。 散热处理：虽然SGM40560具备热限流功能，但在高功率充电时仍需注意散热，避免芯片过热。 软件配置：根据实际需求配置SGM40560的软件参数，如充电电流、充电电压等。 故障检测：定期检查SGM40560的工作状态，及时发现并处理故障问题。 综上所述，圣邦微SGM40560是一款功能强大、性能稳定、应用广泛的充电电池管理芯片，适用于各种需要小容量电池供电的设备中。 硬件参考设计 核心料（哪些项目在用） 奇迹物联鸽子定位器项目电池充电管理 2、支撑 （1）技术产品 技术资料 C5141321_SGM40560-4.3XPS8G_TR_2022-09-30.PDF 技术对接 技术能力 完整过程独立工作单节电池充电 适用于磷酸铁锂电池/锂离子/聚合物锂离子/钛酸锂/ 镍氢二次电池和EDLC海量电容充电 3.65V至5.5V可选最大充电电压 高精度安全快速充电 4%输出电压回退供应保持 可配合松耦合线圈工作 可配合太阳能电池组工作 饱和导通充电 自动热限流 省电指示模式 TDFN-2×2-6AL 和 SOIC-8 (Exposed Pad) 绿色封装 供应商B：友台半导体（UMW） 1、产品能力 （1）选型手册 产品编号 封装形式 包装 数据表 TP4057 SOT23-6 卷装 https://www.umw-ic.com/static/pdf/e0fb6a1591a7ed8010e7f74530a33670.pdf TP4056 ESOP8 卷装 https://www.umw-ic.com/static/pdf/d50280e118828d68172d708046bd342a.pdf TP4054 SOT23-5 卷装 https://www.umw-ic.com/static/pdf/56d4121d30ad5975e642e20340b1ebdd.pdf （2）主推型号1:TP4054 对应的产品详情介绍 友台半导体（UMW）的TP4054是一款功能完善的单片锂离子电池恒流/恒压线性电源管理芯片，广泛应用于各类便携式电子产品中。以下是关于TP4054的详细介绍： 一、基本特性 封装形式：SOT23-5或SOT-23-5L，这种小型封装使得TP4054非常适用于空间受限的应用场景。 适用电池：专为单节锂离子电池设计，能够提供高效、安全的充电管理。 充电方式：采用恒定电流/恒定电压算法，确保电池在充电过程中既快速又安全。 保护功能：内置防反接保护、过压保护、过热保护等多重保护机制，确保充电过程的安全可靠。 二、功能特点 高精度充电电压：预设充电电压为4.2V，精度达到±1%，确保电池充电的准确性和安全性。 可编程充电电流：通过外部电阻器可以调节充电电流，最大可编程充电电流可达500mA（有说法称最大可达800mA，具体取决于PCB布局的热设计）。 热反馈调节：在高能量运行和高环境温度条件下，热反馈可以控制充电电流以降低芯片温度，防止过热损坏。 充电状态指示：提供充电状态输出引脚，便于用户监测充电进程。 自动终止充电：当充电电流降至设定值的1/10时，自动终止充电过程，防止过充。 低电流待机模式：在无输入电压或待机状态下，芯片自动进入低电流待机模式，将电池漏电流降至极低水平。 三、典型应用 TP4054因其高效、安全、便携等特点，被广泛应用于手机、PDA、MP3、蓝牙设备等便携式电子产品中。此外，它还可以用于其他需要单节锂离子电池充电管理的领域，如移动电源、电子玩具等。 四、使用注意事项 在使用TP4054时，请确保输入电压在芯片规定的范围内，并且正确连接外部元件。 注意充电电流的设置，避免过大或过小的充电电流对电池造成损害。 在设计电路时，应充分考虑散热问题，以确保芯片在长时间工作下不会过热。 总之，友台半导体的TP4054是一款性能优异、功能全面的单片锂离子电池充电管理芯片，能够为便携式电子产品提供高效、安全的充电解决方案。 硬件参考设计 核心料（哪些项目在用） 老人定位器项目充电管理，智能垃圾桶控制板 2、支撑 （1）技术产品 技术资料 C668215_TP4054_2021-10-11.PDF 供应商C:远翔 1、产品能力 （1）选型手册 （2）主推型号1：FP8202 对应的产品详情介绍 远翔FP8202是一款高度集成的开关模式锂离子电池充电器芯片，具有多种功能和特点，广泛应用于便携式设备中。以下是对远翔FP8202的详细介绍： 一、产品特点 高整合度：FP8202集成了多种功能，包括充电控制、保护机制等，使得外部组件需求减少，便于设计和应用。 可调式充电电流：充电电流可以通过外部的侦测电阻进行调整，最大可输出2A的充电电流，满足不同设备的充电需求。 高精度：FP8202的充电电流精度高达1%，确保充电过程的稳定性和准确性。 多种保护功能：包括欠压保护（UVLO）、温度保护、自动回复充电等，确保电池和设备的安全。 指示灯显示：具备充电状态指示灯功能，可以直观地显示充电状态和故障信息。 高效工作频率：工作频率达到600kHz，使得可以使用小型外部元件即可稳定工作输出。 二、应用领域 远翔FP8202因其高效、安全、便携等特点，被广泛应用于各种便携式设备中，包括但不限于： 便携风扇 美容仪 补水仪 蓝牙音响 便携式信息设备 充电码头和摇篮 手机和PDA 手持电脑等 三、封装与规格 FP8202的封装形式通常为SOP-8L，这种封装形式紧凑且易于安装。此外，FP8202还具备以下规格特点： 预设充电电压±1% C/10充电终止功能 热防护和热养护功能 四、使用注意事项 在使用远翔FP8202时，需要注意以下几点： 确保输入电压在芯片规定的范围内。 正确连接外部元件，避免短路或接反。 在设计电路时，应充分考虑散热问题，以确保芯片在长时间工作下不会过热。 遵循产品手册中的使用指南和注意事项，以确保产品的正常工作和长期稳定性。 综上所述，远翔FP8202是一款功能强大、性能稳定的开关模式锂离子电池充电器芯片，适用于各种便携式设备的充电需求。 硬件参考设计 核心料（哪些项目在用） 利驰叉车监控项目充电管理 2、支撑 （1）技术产品 技术资料 FP8202.pdf 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）

极简风的圆形无线充电器拆解：原理与组件分析 在本次拆解过程中，我们将深入探讨一款极简风的圆形无线充电器的内部构造和工作原理。这款无线充电器采用type-c接口进行充电，让我们通过对其电路板和主要组件的详细介绍，来深入理解其工作机制。 背面可以看到均匀分布的散热孔，整体看来就是非常堆成，这样的圆形也和器主要的线圈结构有关。 前面板是通过双面胶固定的，板卡是通过过盈配合固定在下壳上； 看一看板卡： 首先，我们来了解一下无线充电的基本原理。无线充电主要利用了电磁感应原理。通过在发射端和接收端之间建立一个高频的交流电场，使电能可以在两者之间进行传输。接收端设备如手机或其他电子设备，只要放在发射端的有效范围内，就可以通过这个交流电场获得电能。这种无线充电技术，无需插拔充电线，为使用者带来了极大的便利。 现在，我们回到这款无线充电器。其主控采用了一个SOP16封装的8位单片机。在这款无线充电器中，单片机负责控制整个充电过程，包括对线圈输出电压的调整，以及检测接收端的充电状态等。 为了实现无线充电，这款充电器采用了两个4606增强型MOS。在这款充电器中，4606增强型MOS负责控制线圈的快速切换输出。当主控单片机发送指令时，这些MOS就会调整线圈的输出，从而实现线圈产生一个高频的交流电场，将电能传输到接收端设备。为了确保安全和效率，这个线圈通常会与一个适当的保护电路相连，以防止过热或过流的情况发生，不过这款没有。 线性稳压器ME6209A负责将输入的电压稳定地输出到单片机和其他组件上。 除了以上的器件还有就是Type-c充电口/感应线圈，以及均匀分布的LED（两种颜色）。 这款极简风的圆形无线充电器利用了电磁感应原理、8位单片机、增强型MOS以及线性稳压器等器件，实现了高效、便捷的无线充电功能。在电路板设计上，它采用了简洁、实用的布局和布局方式，使得整个电路板看起来既美观又易于维护。此外，该无线充电器的type-c接口使其兼容性更强，可以适用于各种支持type-c接口的设备。 通过这次拆解分析，我们不仅了解了无线充电器的内部结构和原理，也理解了各个组件在其中的作用。这不仅有助于我们更好地理解和使用无线充电器，也为我们在未来设计和改进类似产品提供了宝贵的经验。

什么是锂电池？ 锂电池(LithiumIonBattery,LIB)是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。锂离子电池中的电解液是或凝胶体与聚合物的混合物。电池的正极或负极必须具有类似海绵的物理结构，以接收或释放锂离子。在充电时，锂离子从负极材料移出到电解液中，再像水进入海绵一样地锂离子会嵌入正极的材料孔洞之中，放电的过程则完全相反。现在3C产业常提到的锂电池其实是锂钴电池，广义的可充放锂电池是指由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及一种可以运送锂离子的电解液所构成。锂离子电池的材料系统在已成功发展出商业化的锂离子二次电池，可以多次充电反复使用，这是因为锂离子二次电池的正极与负所使用的化合物能够容许锂离子的进出，而不会造成材料结构发生不可逆的变化，所以能让锂离子在充放电过程中往返于正负极之间。 锂电池标准电压为3.7 V，充饱时端电压可以到4.2 V。因能量密度高、无记忆效应且循环寿命长，如今许多3C产品都以锂离子电池作为电源。锂电池的缺点为不耐过放与过充，错误使用除了减少电池寿命，甚至会有热失控导致爆炸燃烧的安全性疑虑。市面上绝大部分的锂电池都会配备保护电路，或在电池芯结构上设计防爆机制。 因为锂离子电池的工作原理是正极和负极之间的离子运动。理论上，这种机制应该永远有效，但随着时间的推移，循环、高温和老化会降低性能。所以制造商都采取保守的方法，将大多数消费品中的锂离子电池的寿命指定为 300 到 500 次放电/充电循环。 由于锂离子电池在受热时会受到压力，将电池保持在高充电电压也是如此。电池温度高于 30°C (86°F) 即被视为高温，对于大多数锂离子电池，电压高于 4.10V/cell 即被视为高电压。将电池暴露在高温下并长时间处于完全充电状态可能比多次的电池循环更容易让电池失效。 根据 的研究指出，如果在0°C的温度下替电池充电至40%，一年后电池的健康度还能保有刚出厂时的98%，若是一样在0°C的温度下替电池充电至100%，一年后电池的健康度还能保有刚出厂时的94%。但随着充电温度的增加，在充到40%与100%的状态之下，可以看到若是在60°C的状态下充电且充到100%，只要三个月就可以让电池的健康度剩下60%。 资料源：Battery University 由于无线充电时是靠电磁感应的技术，通电后的磁圈会产生磁场变化，驱使电子流动产生可充电的电流，因为电流的产生一定会产生相对应的热能，充电越快热能产生的越高，所以无线充电器不仅仅要让电池充的快，还要能让电池健康度下降的比较慢，因此控制充电时的温度就成了无线充电器重要的一个考量点。 温度VS充电速度 根据充电时的温度跟充电的速度是否有相关联，这里使用以下设备来进行相关的实验： 原厂MagSafe充电器的表现 原则上Apple原厂MagSafe充电器在iPhone上： 电量方面 电量30%之内的充电时间最短，80%以上的充电时间最长，30到80%的充电部分则是每10%的充电时间接近20分钟的表现。 温度方面 平均约莫都是40度左右，到了80%以后会温度下降，表示Apple在充电速度与温度的控制上表现的最好，不会因为要快速充电而牺牲了电池与充电器的健康度。 Samsung的手机 则可能是受限于Samsung手机对无线充电器的特性不同，在0%到10%的部份充电时间相对比较久一些，约莫需20分钟，加上手机壳之后的充电时间，也相对不如裸机来的固定，会有忽快忽慢的状况发生, 虽然以温度方面来说，都大约贴近40度左右与Apple差不多，但对比Apple手机来看，表现较为一致，Apple手机在原厂充电器上的充电管理也相对做得比较好。 B牌MagSafe Compatible充电器的表现 在B牌MagSafe Compatible充电器上，可以得出在Apple手机上的表现跟Apple原厂MagSafe充电器的表现差不多。加上保护壳后，很明显的在Samsung手机上可以一路维持每10% 20分钟左右的充电速度，不会像apple手机在最后80%以后充电时间稍长，在温度方面也是大约都维持40度左右，不像Apple手机80%后会有明显的温度下降，但因为Samsung手机在加了保护壳后一路以相同的速度充到满电，相较于Apple在加保护壳充电这部份对于电池保护的机制可能差了一点，所以对电池的潜在威胁也可能比较大。 C牌MagSafe Compatible充电器的表现 在C牌的MagSafe Compatible充电器上，Apple手机加手机保护壳后的部份，基本上每10%的充电时间都到了将近40分钟左右，温度方面虽然也是在40度左右，但是在加了保护壳的之后，相对于裸机充电整体充电时间变的很慢，分析可能是因为加了保护壳的厚度之后，MagSafe充电器与apple手机间的电磁感应能力不够强，所以充电很慢。在Samsung手机上则是加了保护壳之后比裸机充电较正常一点，充电时间都大约在每10% 20分钟左右，在裸机充电的时候，从充电曲线可以看出充电时间相当不固定，相较于对比前面的Apple跟B牌，较大的厂牌有经过测试验证的充电器对于手机和充电的安全性会比较有保障。 未来在手机的连接性上可能会从传统的以连接线充电转向以无线充电的模式进行充电，减少进水进灰尘以利手机减少故障的机率，因此手机支持无线充电已成为手机厂商的未来发展方向，在此前提之下无线充电器的温控以及安全且快的充电速度已成为必要的发展重点。

自 动导引车（ AGV ）和自主移动机器人（ AMR ）在现代物流和制造业中扮演着越来越重要的角色 ， 如冷链运输和低温工作场所，农产品、生鲜及乳制品对冷链物流的需求扩大，需要对场内位置、速度、温度、湿度等信息进行实时监测它们通过自主导航和执行任务，有效地提高了生产效率和物流流程。 作为高自动化和智能化的搬运设备，电力是 AGV 稳定运行的保障。除电池本身之外，充电方式对 AGV 运行的安全性和高效性也有重要影响。而在这些严苛的条件下，无线充电模组成为一种必要的解决方案，为 AGV AMR 提供稳定高效的充电能源。 AGV AMR 的充电挑战 AGV AMR 常规在用的三元和磷酸锂电池，大电流电池在零下 18 度以下，工作时间极短，低温条件下启动充电困难，而使用超低温的凝胶蓄电池和钛酸锂等，由于成本较高，难以大规模推广 , 传统有线充电方式 和触点充电在 低温环境 线缆易 变得脆弱，易受损， 易氧化 从而影响充电效率和安全性 ； 其次低温可能导致电池性能下降，影响 AGV AMR 的运行时间和效率。由于冷链运输的特殊要求， AGV AMR 可能需要频繁充电， 传统的充电方式 会导致停工时间增加，降低生产效率。所以，冷库环境不仅对于 AGV 本体是考验，相关零部件性能的突破也是重点 。 中惠创智的无线充电技术解决方案 中惠创智作为专业的无线 供电，无线 充电技术公司，在 AGV AMR 的冷链运输和低温环境充电领域有着丰富的经验和技术积累。针对低温冷链环境 AGV AMR 研发的无线充电模组已经成熟稳定，成功解决了 AGV AMR 在低温环境中充电的痛点问题。具有多项技术优势： 适应低温潮湿环境 ： 无线充电是一种非接触式充电技术，通过密闭的线圈实现电能传输，无需电流直接接触。在冷链低温潮湿的环境中，传统的触点和插入式充电可能面临触点氧化、接触不良等问题，而无线充电技术可以有效解决这些问题，提高充电的稳定性和可靠性。 中惠创智的无线充电模组能够在 -30 度的低温环境下正常工作， 带 IP67 级防水性能， 克服了传统有线充电 触点充电 在低温下 电线触点容易氧化易老化 的问题，为 AGV 在冷链环境中提供了稳定高效的充电能源。 实时充电状态反馈： 无线充电模组的发射端和接收端之间 特有的 通讯 协议 ，可以实时上报充电状态 ， 实现 电量、充电时机、电池维护等的准确控制，以及多场景多目标容量与充电桩数量的合理规划 等， 这 让 AGV/AMR 移动机器人 实现 更加智能化的 自主充电 ， 有效节省了时间和人力资源，并提高了充电管理的便捷性。 针对磷酸铁锂电池的加热技术 针对低温条件下磷酸铁锂电池的充电难题，中惠创智研发了通过发射桩体充电时的加热技术，使电池加热效率提高。这项技术能够有效改善电池的性能，在低温环境下提供更加稳定和高效的充电解决方案 ， 使得 AGV AMR 在低温环境下也能获得快速且稳定的充电。 中惠创智 的整套 无线充电 系统解决方案 具有高度的可靠性和适应性，可以满足不同型号 AGV AMR 的充电需求。 目前公司在安徽有 8000 平的生产基地，也是国内最大的无线充电模组生产基地，满足 AGV 量产化的要求，期待与移动机器人行业更多优秀企业合作， 进行深入的需求调研，根据实际情况进行定制化设计，为客户提供最优的充电解决方案 ， 助力 AGV 企业实现全球化布局。