多類型設(shè)備的無(wú)線充電在方便性上具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于小型設(shè)備，同時(shí)也提高了安全性。對(duì)于一些植入式醫(yī)療設(shè)備，這是勢(shì)在必行的?，F(xiàn)在iPhone無(wú)線充電已經(jīng)有一段時(shí)間了，這種操作模式很可能會(huì)成為常態(tài)。

大多數(shù)較新的手機(jī)都具有無(wú)線充電功能——包括 iPhone 8 和 X、谷歌 Nexus、三星 Galaxy 和諾基亞 Lumia。手表和醫(yī)療設(shè)備正朝著無(wú)線充電的方向發(fā)展，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈儧](méi)有空間容納連接器。相機(jī)和耳機(jī)添加了此功能以方便使用。

無(wú)線功率傳輸或無(wú)線充電非常方便。睡前將手機(jī)、手表、相機(jī)和助聽(tīng)器放在梳妝臺(tái)上的墊子上，然后由 AM 給它們充電，這個(gè)想法非常有吸引力。對(duì)于許多工業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)也是如此。如果您設(shè)計(jì)任何類型的便攜式設(shè)備，您應(yīng)該考慮無(wú)線充電。

在許多應(yīng)用中，無(wú)線充電的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能是使用一次（不可充電）電池。如果您的功率要求非常低，那很好，因此不需要經(jīng)常更換，大電池的空間，以及便于使用的空間。但是，實(shí)施無(wú)線充電變得非常容易和可靠。很快，餐廳和機(jī)場(chǎng)也將提供充電板——當(dāng)然，咖啡店也將如此。

無(wú)線電力傳輸標(biāo)準(zhǔn)

WPC （ Wireless Power Consortium ） Qi 低功耗 （v1.2） 和 PMA SR1 v2.0 WP，現(xiàn)在稱為AirFuel，是使用中的主要無(wú)線電力傳輸協(xié)議。WPC Qi（發(fā)音為“chee”）是 Apple 使用的無(wú)線電力標(biāo)準(zhǔn)，它具有眾所周知的互操作性。

帶有 Qi 標(biāo)志的設(shè)備保證可以與充電板、啟用的汽車(chē)和嵌入式桌面中的認(rèn)證發(fā)射器配合使用。這對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品很重要，用戶可以在家中、汽車(chē)、辦公室、咖啡店、機(jī)場(chǎng)和酒店中使用 Qi 發(fā)射器。對(duì)于消費(fèi)者應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，這很棒；對(duì)于工業(yè)/醫(yī)療設(shè)備，這可能根本不重要——甚至可能被視為安全風(fēng)險(xiǎn)。

Qi 充電器使用的頻率在 110 到 205kHz 之間，適用于高達(dá) 5W 的低功率充電器，而適用于高達(dá) 15W 的中等功率充電器的頻率在 80-300kHz 之間。Qi 規(guī)范涵蓋了用于充電的基站和要充電的設(shè)備?；就ǔ＞哂杏脩舴胖靡粋€(gè)或多個(gè)移動(dòng)設(shè)備的平坦表面。為了使耦合最大化，通常在基站焊盤(pán)上有對(duì)齊標(biāo)記。移動(dòng)單元平放在基站表面上，其線圈與發(fā)射器平行，它們之間的間隙小于 10 毫米。設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。

除非在其上放置了兼容設(shè)備，否則基站不會(huì)激活。它通過(guò)發(fā)送間歇性測(cè)試信號(hào)來(lái)檢查是否存在符合 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來(lái)確定這一點(diǎn)。移動(dòng)設(shè)備通過(guò)傳達(dá)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)響應(yīng)此 ping。

接收器向發(fā)送器發(fā)送一個(gè)誤差信號(hào)，該信號(hào)簡(jiǎn)單地共享一個(gè)等于所需功率電平與實(shí)際功率電平之差的值。變送器調(diào)整其輸出，以實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求電平和傳送電平之間的零差。所有這些都發(fā)生在 2Kbps 或更低的通信速度下。當(dāng)接收器充電完成時(shí)，它實(shí)際上告訴發(fā)射器它可以進(jìn)入待機(jī)模式。

無(wú)線電力傳輸框圖

PMA （Power Matters Alliance） SR1 （v2.0），現(xiàn)在稱為AirFuel，電力傳輸協(xié)議使用與 Qi 不同的頻率，以及不同的連接協(xié)議，但操作大致相同。星巴克在其Powermat充電板中使用 PMA，盡管他們現(xiàn)在正在更新系統(tǒng)以包括 WPC Qi（因?yàn)?Apple 選擇了該標(biāo)準(zhǔn)）。

專有的 NFMC 類型無(wú)線充電具有令人驚訝的部署水平，某些應(yīng)用已使用無(wú)線電源 20 年，包括植入式神經(jīng)刺激器。在那段時(shí)間里，這項(xiàng)技術(shù)得到了改進(jìn)。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品使用專有的近場(chǎng)磁耦合運(yùn)輸。

電路實(shí)現(xiàn)

一些制造商生產(chǎn)用于無(wú)線充電任務(wù)的 IC。Maxim 提供出色的MAX77950 WPC/PMA 雙模無(wú)線電源接收器。該芯片滿足無(wú)線充電聯(lián)盟 Qi 低功耗 （v1.2） 和 Power Matters Alliance SR1 v2.0 WP 協(xié)議的要求。有關(guān)功能圖，請(qǐng)參見(jiàn)圖 2。通過(guò)與任何 WPC 或 PMA 發(fā)射器耦合，該芯片可提供高達(dá) 12W 的輸出功率。

MAX77950接收器功能圖

MAX77950接收線圈連接到高效同步整流器，其輸出連接到精密LDO穩(wěn)壓器。兩種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字控制和通信都是通過(guò)與電力傳輸相同的線圈（即帶內(nèi)）完成的。IC 的精密輸出電流和電壓檢測(cè)方案為發(fā)送器提供準(zhǔn)確的反饋。有一個(gè)電源良好信號(hào)可針對(duì)低電壓值和高電壓值進(jìn)行編程。

該芯片還具有一個(gè) I2C 串行接口，用于向應(yīng)用處理器傳送狀態(tài)和警報(bào)。IC 提供異物檢測(cè)，因此非 WPC/PMA 設(shè)備或物體將被忽略。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備在發(fā)射器的表面上移動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)部分移除并在電力發(fā)射器上快速更換時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)壓事件。該 IC 具有預(yù)鉗位和鉗位功能，可限制整流器輸出電壓。

作為一項(xiàng)特殊功能，該 IC 可以作為發(fā)射器運(yùn)行，使用帶內(nèi) ASK 通信將電力傳輸?shù)搅硪粋€(gè)對(duì)等設(shè)備。這稱為 PeerPower? 模式。

該芯片采用微型 6 x 9mm WLP 封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 -40° 至 85°C。提供評(píng)估套件 （ MAX77950EVKIT ）。

另一種值得注意的方法

諧振無(wú)線充電是一種可能提供更遠(yuǎn)距離和更高功率水平的版本——可能用于 5 或 10kW 的 EV 充電。該技術(shù)提供了足夠的承諾，以至于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)都已將一種形式的諧振技術(shù)納入其規(guī)范。Qi標(biāo)準(zhǔn)的1.2版本增加了諧振充電。我讀過(guò)的一些報(bào)告顯示，在 8 到 12 英寸的距離處效率為 75%。許多公司都在這個(gè)領(lǐng)域工作；兩個(gè)突出的是 WiTricity 和高通。

確定可充電電池類型

對(duì)于可充電電池，您可以使用鎳金屬氫化物 （NiMH） 或鋰離子電池，也可以使用銀鋅電池。銀鋅型主要用于助聽(tīng)器，具有成本效益但容量低。它們確實(shí)具有比其他類型更高的能量密度，但只有少數(shù)供應(yīng)商，并且限制在 《200mAh。銀鋅有不同的“混合物”，因此請(qǐng)務(wù)必查看規(guī)格表。

NiMH 電池的成本略低于鋰電池，但能量密度較低，僅提供 1.2V 電壓。一塊直徑為 25 毫米、厚度為 7.25 毫米的 300 毫安時(shí)紐扣鎳氫可充電電池，每 500 只售價(jià) 3.50 美元。這些電池大多體積更大、容量更高，通常采用標(biāo)準(zhǔn) A、AA、AAA 和 2/3AA 封裝。

鋰離子電池有各種形狀和尺寸。例如，松下 ML-1220 表面貼裝、12.5 x 2.0mm、17.7mAh 紐扣電池僅重 0.11g。這種 3.0V 錳鋰電池具有 30μA 的放電率，1，500 片的成本約為 1.30 美元。有幾種類型的鋰電池，標(biāo)稱電壓為 3.0 至 3.7V。

無(wú)線充電是一個(gè)很好的選擇

為任何低功耗便攜式設(shè)備添加無(wú)線充電幾乎總是一件好事——因?yàn)?IC 制造商和無(wú)線聯(lián)盟團(tuán)體對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了很好的定義，總組件成本合理，并且組件隨時(shí)可用。但是對(duì)于更高功率的設(shè)備，例如電鉆，它可能并不實(shí)用。如果 1 到 15W 的充電速率適合您的設(shè)計(jì)，那當(dāng)然值得研究。

審核編輯：郭婷