無線電力傳輸?shù)闹庇^創(chuàng)新，第 4 部分

我們對 EMI 的無情攻擊還沒有結束!應用繞組變壓器的先前經(jīng)驗可以派上用場，以應對 Qi 和 PMA 的最大敵人：電磁干擾 (EMI)。但創(chuàng)新之路并不總是一條直線。我們可能必須先在相關領域進行創(chuàng)新，然后才能將概念推廣到新領域，例如 WPT——創(chuàng)造更大的創(chuàng)新。換句話說：先有創(chuàng)新是更多創(chuàng)新的關鍵。這是一磚一瓦的現(xiàn)象。這是一個例子。

從歷史上看，減少變壓器電磁干擾的嘗試在高壓初級繞組和低壓次級繞組之間采用了非常薄的接地銅屏蔽層。但這些都很昂貴，而且由于渦流發(fā)電，通常會使整體效率降低 1% 到 3%，這被認為是不可接受的。它被證明在整體性能上比法拉第屏蔽更好。

缺少明顯的：調諧濾波器到開關線圈陣列

這是一個先驗直覺確實對我們有幫助的案例——非常線性。然而，到目前為止，它顯然被忽視了。真的非常簡單。卻隱藏在了眾目睽睽之下。正如喬布斯所說：有些人“明白”，有些人則沒有。就是這么簡單。沒有“作戰(zhàn)室”或“團隊建設”會幫助解決這個問題。當你打自己一巴掌說：“這太簡單了，我不敢相信我錯過了它”，這非常接近于典型的創(chuàng)造力。

假設我們已經(jīng)設法用多個串聯(lián)線圈覆蓋了廣闊的傳輸區(qū)域，甚至可能與相反極性配對以增強場強，現(xiàn)在想要引入在無線電力傳輸過程中切換線圈的能力. 甚至可能以相反極性的二人組的形式進進出出。我們的總體愿望可能是由效率問題引發(fā)的：如果我們在地表上只檢測到幾個小型接收器，為什么不關閉未使用的線圈，而不是浪費功率通過所有這些接收器運行大電流呢?或者，假設我們一直在使用兩個半橋發(fā)射器分別為兩部手機充電，但現(xiàn)在想要移除手機(兩個小型接收器)并通過串聯(lián)兩個或多個發(fā)射器線圈為一個更大的設備(如平板電腦)充電，現(xiàn)在由一個全橋驅動(通過使用適當?shù)臇艠O驅動信號組合兩個半橋)。總體思路是將更多的磁通量和功率推入平板電腦更大的接收線圈。

這似乎是一個好主意，除了一個小障礙：我們的方法改變了共振頻率。例如，如果我們有四個與精心挑選的電容器串聯(lián)諧振以產(chǎn)生所需的諧振頻率，例如 100 kHz，并且我們繞過或關閉其中兩個線圈，在 WPT 電路中只留下兩個活躍的線圈，那么顯然有源網(wǎng)絡的諧振頻率將增加約 41%(系數(shù) √2=1.414)，因為串聯(lián)電感減半，我們知道諧振頻率與 LC 乘積的平方根成反比。通常，基本諧振頻率的這種偏移是不可接受的。Qi 標準在所有情況下都將其固定為 100 kHz。這也有助于確?；ゲ僮餍?。

我們或許可以想出一個復雜的方案，使用 FET 將電容器切換進出圖片，以保持 LC 產(chǎn)品不變。但是有一個更簡單的方法可以做到這一點，基于之前使用調諧過濾器的經(jīng)驗。因此，在 WPT 中，我們可以創(chuàng)建我們所謂的“調諧諧振微電池”或 TRM。例如，如果我們有一個帶有調諧元件 L 和 C 的 TRM，并將其與相同的 TRM 串聯(lián)，則凈電感加倍，即變?yōu)?2L，而凈電容減半，即 C/2。但結果是 LC 乘積沒有改變 ，諧振頻率也沒有改變。因此，我們可以在不影響整個系統(tǒng)的諧振頻率的情況下切換線圈，它保持固定，并且與系統(tǒng)的諧振頻率相同每個 TRM。

在某家公司，他們的接收芯片曾經(jīng)出現(xiàn)過問題。這是“行為不端”。有幾個隨機觀察，例如： a) 出于某種奇怪的原因，輸出電壓偶爾會嘗試從 6V 翻倍至 12V，然后保護齊納鉗位啟動并經(jīng)常損壞部件。b) 同步橋式整流器“失火”……等等。似乎沒有人將這些“不同的”故障聯(lián)系起來并找到根本原因。

假設 Rx 線圈兩端的電壓在零附近不斷擺動，峰峰值為“V”，如圖所示。通常，這只是被整流并在輸出大容量電容器上顯示為 V 的輸出電壓。如圖所示，現(xiàn)在放入一個外部 FET Q5。假設它永久保持打開。紅色箭頭顯示當 Rx 線圈的上端為高電平時電流如何流動。然而，圖中顯示的絕對電壓是相對于輸出接地軌的。我們看到的有趣的事情是，在這種狀態(tài)下，與 Rx 線圈 (Cs) 串聯(lián)的諧振電容器被充電到“V”。然后在 Q5 仍然打開的情況下，并且 Rx 線圈的下端變高，電流沿著藍線流動，實際上是試圖將 Cs 上的電壓“V”與 Rx 上的電壓“V”串聯(lián)。

所以我們有 2 x V 試圖為輸出大容量電容器充電。這不會在一個周期內(nèi)發(fā)生，因為 Cs 通常比輸出電容小很多倍，但是在幾個周期內(nèi)，存儲在 Cs 中的每個周期的能量都會被電荷泵入輸出電容，在那里我們將開始看到輸出翻倍!請注意，Q5 與橋的同步 FET Q3 并聯(lián)，因此我們可以選擇完全移除 Q5，并使用“失火”的 Q3 產(chǎn)生相同的效果!

但我們還沒有完成!意識到 WPT-Qi 設置中有一個隱藏的電荷泵后，我們實際上可以對 Q5(或 Q3)進行脈寬調制，以在輸出端獲得 V 和 2 x V 之間的受控電壓。所以實際上我們現(xiàn)在有一個隱藏的開關電容倍壓器(升壓級)在為我們工作。更重要的是，我們可以在第三季度將整個系統(tǒng)設計為默認的 90 – 100% 占空比，所以在心理上，我們現(xiàn)在可以聲稱我們實際上有一個隱藏的降壓 級，而不是一個升壓級，我們可以巧妙地將其減半如果需要，預期的輸出電壓。

但是這家公司本可以做的是忽略根本原因，只是創(chuàng)建一個創(chuàng)可貼或旁路：例如，以現(xiàn)實世界的閉環(huán)生產(chǎn)測試夾具 的形式來篩選“壞”芯片上出現(xiàn)了“神秘”的產(chǎn)量倍增現(xiàn)象。最終結果將是芯片測試時間不僅增加幾毫秒，而且每個芯片 5-10 秒。你聽說過嗎?此外，產(chǎn)量最多可能會下降到 40% 左右，但他們可能會繼續(xù)出貨——一年多損失數(shù)百萬美元，并且拒絕任何努力去尋找根本原因，因為這可能會讓許多!嘿，這不是處理失敗的方法。當然不是“工程師”，是嗎?即使是成年人也學會承認錯誤，只有孩子始終不會。

實際上，我們都可以真正從失敗中吸取教訓，然后進行創(chuàng)新。正如愛因斯坦明智地說：“從未犯過錯誤的人從未嘗試過任何新事物”。快速適應變化的公司，甚至是他們的錯誤，是最有可能生存下來的公司。