無(wú)線電力傳輸?shù)闹庇^創(chuàng)新，第 4 部分

我們對(duì) EMI 的無(wú)情攻擊還沒(méi)有結(jié)束!應(yīng)用繞組變壓器的先前經(jīng)驗(yàn)可以派上用場(chǎng)，以應(yīng)對(duì) 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(guān)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，然后才能將概念推廣到新領(lǐng)域，例如 WPT——?jiǎng)?chuàng)造更大的創(chuàng)新。換句話(huà)說(shuō)：先有創(chuàng)新是更多創(chuàng)新的關(guān)鍵。這是一磚一瓦的現(xiàn)象。這是一個(gè)例子。

從歷史上看，減少變壓器電磁干擾的嘗試在高壓初級(jí)繞組和低壓次級(jí)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(huì)使整體效率降低 1% 到 3%，這被認(rèn)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(diào)諧濾波器到開(kāi)關(guān)線圈陣列

這是一個(gè)先驗(yàn)直覺(jué)確實(shí)對(duì)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(jiǎn)單。卻隱藏在了眾目睽睽之下。正如喬布斯所說(shuō)：有些人“明白”，有些人則沒(méi)有。就是這么簡(jiǎn)單。沒(méi)有“作戰(zhàn)室”或“團(tuán)隊(duì)建設(shè)”會(huì)幫助解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)你打自己一巴掌說(shuō)：“這太簡(jiǎn)單了，我不敢相信我錯(cuò)過(guò)了它”，這非常接近于典型的創(chuàng)造力。

假設(shè)我們已經(jīng)設(shè)法用多個(gè)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(duì)以增強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)，現(xiàn)在想要引入在無(wú)線電力傳輸過(guò)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(jìn)進(jìn)出出。我們的總體愿望可能是由效率問(wèn)題引發(fā)的：如果我們?cè)诘乇砩现粰z測(cè)到幾個(gè)小型接收器，為什么不關(guān)閉未使用的線圈，而不是浪費(fèi)功率通過(guò)所有這些接收器運(yùn)行大電流呢?或者，假設(shè)我們一直在使用兩個(gè)半橋發(fā)射器分別為兩部手機(jī)充電，但現(xiàn)在想要移除手機(jī)(兩個(gè)小型接收器)并通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)發(fā)射器線圈為一個(gè)更大的設(shè)備(如平板電腦)充電，現(xiàn)在由一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)(通過(guò)使用適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)信號(hào)組合兩個(gè)半橋)?？傮w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(gè)好主意，除了一個(gè)小障礙：我們的方法改變了共振頻率。例如，如果我們有四個(gè)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(guò)或關(guān)閉其中兩個(gè)線圈，在 WPT 電路中只留下兩個(gè)活躍的線圈，那么顯然有源網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率將增加約 41%(系數(shù) √2=1.414)，因?yàn)榇?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(biāo)準(zhǔn)在所有情況下都將其固定為 100 kHz。這也有助于確?；ゲ僮餍浴?

我們或許可以想出一個(gè)復(fù)雜的方案，使用 FET 將電容器切換進(jìn)出圖片，以保持 LC 產(chǎn)品不變。但是有一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法可以做到這一點(diǎn)，基于之前使用調(diào)諧過(guò)濾器的經(jīng)驗(yàn)。因此，在 WPT 中，我們可以創(chuàng)建我們所謂的“調(diào)諧諧振微電池”或 TRM。例如，如果我們有一個(gè)帶有調(diào)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(jié)果是 LC 乘積沒(méi)有改變 ，諧振頻率也沒(méi)有改變。因此，我們可以在不影響整個(gè)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(gè) TRM。

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

假設(shè) Rx 線圈兩端的電壓在零附近不斷擺動(dòng)，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(gè)外部 FET Q5。假設(shè)它永久保持打開(kāi)。紅色箭頭顯示當(dāng) Rx 線圈的上端為高電平時(shí)電流如何流動(dòng)。然而，圖中顯示的絕對(duì)電壓是相對(duì)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(kāi)的情況下，并且 Rx 線圈的下端變高，電流沿著藍(lán)線流動(dòng)，實(shí)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(huì)在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)生，因?yàn)?Cs 通常比輸出電容小很多倍，但是在幾個(gè)周期內(nèi)，存儲(chǔ)在 Cs 中的每個(gè)周期的能量都會(huì)被電荷泵入輸出電容，在那里我們將開(kāi)始看到輸出翻倍!請(qǐng)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(méi)有完成!意識(shí)到 WPT-Qi 設(shè)置中有一個(gè)隱藏的電荷泵后，我們實(shí)際上可以對(duì) Q5(或 Q3)進(jìn)行脈寬調(diào)制，以在輸出端獲得 V 和 2 x V 之間的受控電壓。所以實(shí)際上我們現(xiàn)在有一個(gè)隱藏的開(kāi)關(guān)電容倍壓器(升壓級(jí))在為我們工作。更重要的是，我們可以在第三季度將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為默認(rèn)的 90 – 100% 占空比，所以在心理上，我們現(xiàn)在可以聲稱(chēng)我們實(shí)際上有一個(gè)隱藏的降壓 級(jí)，而不是一個(gè)升壓級(jí)，我們可以巧妙地將其減半如果需要，預(yù)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(gè)創(chuàng)可貼或旁路：例如，以現(xiàn)實(shí)世界的閉環(huán)生產(chǎn)測(cè)試夾具 的形式來(lái)篩選“壞”芯片上出現(xiàn)了“神秘”的產(chǎn)量倍增現(xiàn)象。最終結(jié)果將是芯片測(cè)試時(shí)間不僅增加幾毫秒，而且每個(gè)芯片 5-10 秒。你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎?此外，產(chǎn)量最多可能會(huì)下降到 40% 左右，但他們可能會(huì)繼續(xù)出貨——一年多損失數(shù)百萬(wàn)美元，并且拒絕任何努力去尋找根本原因，因?yàn)檫@可能會(huì)讓許多!嘿，這不是處理失敗的方法。當(dāng)然不是“工程師”，是嗎?即使是成年人也學(xué)會(huì)承認(rèn)錯(cuò)誤，只有孩子始終不會(huì)。

實(shí)際上，我們都可以真正從失敗中吸取教訓(xùn)，然后進(jìn)行創(chuàng)新。正如愛(ài)因斯坦明智地說(shuō)：“從未犯過(guò)錯(cuò)誤的人從未嘗試過(guò)任何新事物”?？焖龠m應(yīng)變化的公司，甚至是他們的錯(cuò)誤，是最有可能生存下來(lái)的公司。