低功率可实现无线感应充电

对于导引式和自由定位式无线充电系统而言，通信都发挥着关键的作用。 在发射器工作过程中，接收器通过调制接收器天线上面的负载，将数据包传回发射器。 反过来，发射器解调反射的负载从而重建数据包(图 1)。

典型的无线充电系统图片

图 1： 典型的无线充电系统包含电源传输基站和受电接收器，使用电磁耦合原理进行电能传输和通信。

两种无线充电系统都使用来自接收器的数据管理发射器电能。 在工作过程中，发射器单元响应来自接收器的错误数据，以根据需要增减送到发射线圈的电能。 自由定位系统使用同样的通用方法选择相对于远端设备的线圈最佳位置。

设计师不仅可以将这些通信路径用于控制信号，也可以将应用数据传回发射器。 尽管信息带宽是有限的，但是对于设备验证、设备状态以及远端设备采集的传感器数据的通信来说带宽是足够的。

电能调节、控制和通信等功能的组合转化成具有复杂的电能和控制逻辑要求的电路设计(图 2)。 不过，对于设计师来说，半导体制造商提供了很多解决这些需求及其他需求的解决方案。

无线充电系统图片

图 2： 无线充电系统可迅速提高复杂度，从而满足能源传输优化和通信的多样化需求。 (资料来源：Texas Instruments)

标准解决方案

现成的标准化无线充电解决方案建立在工业标准接受度不断提升的基础上，这些工业标准定义了无线充电协议的基本要求。 虽然标准接口意在实现用户移动设备和不同供应商基站之间的互操作性，但却是以两种无线充电技术—感应充电和谐振充电为基础。

感应充电要求发射器和接收器严格对齐，但是通常比谐振充电效能更高。 另外一方面，谐振充电对于对齐方式及发射器和接收器之间的距离要求并不严格，并且能够同时为多台设备充电。 包括无线充电联盟 (WPC)、电力事业联盟 (PMA) 和无线电力联盟 (A4WP) 在内的行业标准组织目前正处于开发互操作性功能的早期合作阶段。

尽管最初的设计着眼于数量庞大的消费应用，但这些标准方法无形之中已成为可穿戴设备无线充电解决方案的基础。 例如，尽管 WPC 的 Qi 标准通常使用较大的 A11 50mm 发射线圈，但设计师可以使用电阻较小的小线圈来避免过多的电能损失，从而获得更好的性能。 例如，30 mm 直径的 TDK WR303050 具有 0.41 Ω DC 电阻，其外形尺寸和电能传输水平更符合很多可穿戴设备的要求。

在无线充电的电能控制方面，Toshiba TB6865FG 和 TB6860WBG 等器件充分地补充了现有零件的基于标准的功能。 与其他此类产品一样，Toshiba IC 产品广泛集成了所需的多种性能以简化设计，仅需少量的外部组件就能够支持符合 WPC Qi 标准的无线充电系统(图 3)。

Toshiba TB6865FG 发射器和 TB6860WBG 接收器图片

图 3： Toshiba TB6865FG 发射器和 TB6860WBG 接收器等器件集成了所需的多种功能以简化基于标准的无线充电系统的实现。 (资料来源：Toshiba)

TB6860WBG 接收器将调制和控制电路系统与整流器电能采集、内置的高性能 DC 至 DC 转换器、可配置的锂电池充电器电路，以及保护功能结合。 它的 TB6865FG 电能发射器集成了 MCU 和广泛的模拟功能，包括 PWM 电路、开关控制、板载滤波器和前级驱动器电路。 TB6865FG 能够分别控制两组线圈，让用户可以同时为两台移动设备充电。

Freescale Semiconductor 围绕 32-位 56800EX 内核构建基于 Qi 标准的 MWCT1000 和 MWCT1101 发射器。 该处理器在设计上可提供 MCU 功能及以及 DSP 处理能力，能够实现广泛的功能并且在有源模式下耗电量不超过 30 mA. 该器件仅需 30 mW 的待机电能就能够发挥探测附近的接收器的功能。 在电能传输过程中，Freescale 器件的效能可超过 75%。 除了 MWCT1000 与 MWCT1101 之外，Freescale 还推出了面向汽车应用的 MWCT1001A 和 MWCT1003A。

Texas Instruments 在 BQ50xxx 发射器和 BQ51xxx 接收器系列中推出了很多器件。 其中 BQ51221 同时支持 WPC 和 PMA 标准，而 TI 接收器系列中的大多数器件都采用符合 WPC Qi 标准的设计。 在这些符合 Qi 标准的器件中，TI 产品系列包括稳压输出电平为 5 V(BQ51013A 和 BQ51013B)、7 V(BQ51010B)和 8 V(BQ51020 和 BQ51021)的 5 W 接收器。 该系列中包括 BQ51050B(4.2 V 输出)和 BQ51051B (4.35 V) 在内的其他成员集成了锂电池充电器—为可穿戴设备提供了全面的电能管理方案。

TI 的 BQ51003 面向低功率应用而设计，是一款非常适合可穿戴设备的 2.5 W 接收器。 通过将 BQ51003 与低功率线性充电器(如 TI BQ25100)集成，设计师能够实现采用集成锂电池管理的完整无线充电接收子系统。 对于锂电池充电，BQ25100 能够精确控制低至 10 mA 或者高达 250 mA 的快充电流，并可低至 1 mA 精确终止充电，以支持小型纽扣式锂电池。

在发射器方面，Texas Instruments 的 BQ500211A 和 BQ500212A 提供完整的 Qi 标准功能，包括能够持续监测正在进行的电能传输的效能，以提供外物检测 (FOD) 和寄生金属物体检测 (PMOD)。 除了提供 FOD 和 PMOD 功能之外，BQ500410 还支持具有三线圈发射器阵列的自由定位设计。 对于低功率发射器设计而言，BQ500210 能够以低至 8 mA 的供电电流工作。