無(wú)線充電的前景目標(biāo)朝可穿戴方向發(fā)展

無(wú)線充電是一個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)，吸引了業(yè)界廣泛關(guān)注。受到各家標(biāo)準(zhǔn)互不兼容和消費(fèi)市場(chǎng)冷淡的影響，無(wú)線充電市場(chǎng)初期增長(zhǎng)緩慢，但隨著可穿戴技術(shù)的出現(xiàn)和普及，無(wú)線充電得到了真正驅(qū)動(dòng)其快速增長(zhǎng)的動(dòng)力。這兩者的結(jié)合不僅能夠引起人們的關(guān)注，更讓谷歌、微軟、蘋果等眾多一線大牌都參與進(jìn)來(lái)，希望借無(wú)線充電智能手表的東風(fēng)，在可穿戴設(shè)備的市場(chǎng)中占有一席之地，也讓一大半曾表示不知無(wú)線充電為何物的消費(fèi)者認(rèn)識(shí)到了無(wú)線充電技術(shù)的概念和價(jià)值。然而，在無(wú)線充電市場(chǎng)中，可穿戴設(shè)備依然只占一小部分，無(wú)線充電能夠帶來(lái)回報(bào)的大部分機(jī)遇依然寄托在手機(jī)、平板電腦等應(yīng)用之上。本文將重點(diǎn)介紹一些采用無(wú)線充電技術(shù)的新產(chǎn)品，涵蓋可穿戴設(shè)備、車載設(shè)備以及介于這兩者之間的應(yīng)用。
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圖1：Moto 360智能手表采用無(wú)線充電座充電。

無(wú)線充電與可穿戴設(shè)備相得益彰
無(wú)線充電的基本原理是通過電磁感應(yīng)來(lái)傳輸電能，具體而言就是向充電座內(nèi)部的發(fā)射線圈通入交流電，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)，使附近移動(dòng)設(shè)備中的接收線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并以此來(lái)為該設(shè)備的電池充電。和通過USB或充電頭充電相比，無(wú)線充電存在額外的能量轉(zhuǎn)換損耗，因而充電效率較低，充電時(shí)間也更長(zhǎng)，所以必須要有站得住腳的理由才能上馬這項(xiàng)技術(shù)；但在設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備時(shí)，我們有非常充分的理由將無(wú)線充電納入其中?？纱┐髟O(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間穿戴在身上，這就決定了它看起來(lái)不能太過顯眼，必須做到小巧、輕薄、不笨重，留給電池和相關(guān)電路的空間少之又少。如果是健身追蹤器之類比較簡(jiǎn)單的可穿戴設(shè)備，一塊小電池可能就足夠它運(yùn)行一周而無(wú)需充電；然而，在當(dāng)今市場(chǎng)趨勢(shì)下，可穿戴設(shè)備功能越來(lái)越豐富，這在智能手表上體現(xiàn)得尤為明顯。許多智能手表不僅提供健身追蹤功能，還配備了全彩色觸摸屏、打電話、發(fā)消息等非常耗電的特性，即便采用當(dāng)今最高效的鋰離子（Li-Ion）和鋰聚合物（Li-Pol）電池技術(shù)也拯救不了它們的續(xù)航表現(xiàn)。從產(chǎn)品評(píng)測(cè)來(lái)看，大多數(shù)智能手表用不了一兩天就必須充電，有的甚至可能連一天都撐不到，其中就包括我們熟悉的Apple Watch。在頻繁充電的問題無(wú)解的情況下，就有必要采取一種比插電充更加簡(jiǎn)單的充電方式，這時(shí)就該輪到無(wú)線充電出場(chǎng)了。在無(wú)線充電的場(chǎng)景下，要給智能手表充電，只需要把它放在充電座上即可，或者像Apple Watch那樣在表盤背面吸附一個(gè)圓形的小型磁性連接器。由于智能手表和其他可穿戴設(shè)備的電池容量較小，無(wú)線充電所需時(shí)間也相對(duì)較短，從電量為零到充滿約需一個(gè)小時(shí)，這與手機(jī)等較大型移動(dòng)設(shè)備漫長(zhǎng)的無(wú)線充電時(shí)間相比，還是比較容易接受的。除了充電更方便、充電時(shí)間可接受外，無(wú)線充電還能夠讓可穿戴設(shè)備采用完全密封或防水的設(shè)計(jì)，這對(duì)于穿戴在身體上的電子設(shè)備而言是一種非常具有吸引力的保護(hù)特性。
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圖2：采用bq5105x作為鋰離子或鋰聚合物電池?zé)o線充電器的典型系統(tǒng)框圖。將bq5105x與bq500210發(fā)射端控制器配合使用，可以為電池直充方案實(shí)現(xiàn)完整的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)。

Texas Instruments（TI）可提供用途廣泛的電源管理產(chǎn)品組合，包括面向可穿戴設(shè)備的無(wú)線和有線充電方案。事實(shí)上，Moto 360（見圖1）作為首款配備無(wú)線充電功能的Google Android Wear設(shè)備，其采用的無(wú)線充電接收端方案就是TI的bq51051B。該方案符合無(wú)線充電聯(lián)盟（WPC）的Qi互通標(biāo)準(zhǔn)，故Moto 360雖然自帶充電底座，但也可以借助其他任何符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電設(shè)備進(jìn)行充電。bq51051B是一款高度集成的方案，它將多個(gè)重要的接收端元件，包括整流器、無(wú)線電力接收控制器和電池充電器集成在一個(gè)小型封裝中。對(duì)于有線充電的可穿戴設(shè)備，TI還提供bq2510x單片鋰離子和鋰聚合物電池充電器IC，其電源輸入可采用USB連接，也可以采用價(jià)格低廉的非穩(wěn)壓電源適配器。

Würth Elektronik擁有全套無(wú)線充電線圈方案，可以同時(shí)提供發(fā)射線圈和接收線圈，其760308100110和760308100111產(chǎn)品組合中增加了帶圓形基板的無(wú)線充電發(fā)射線圈。這些線圈均符合Qi標(biāo)準(zhǔn)，非常適合在圓形“腕帶式”應(yīng)用（如某些智能手表）的充電座中使用。760308100110和760308100111分別針對(duì)A10和A11型Qi發(fā)射端設(shè)計(jì)。

車載應(yīng)用

對(duì)于電動(dòng)汽車而言，無(wú)線充電依然處在早期階段，大多數(shù)車載無(wú)線充電方案依然處于試驗(yàn)狀態(tài)，但用于車載控制臺(tái)的無(wú)線充電方案已經(jīng)涌現(xiàn)出來(lái)，F(xiàn)reescale WCT-5WTXAUTO無(wú)線充電參考設(shè)計(jì)就是其中一例。該方案基于高度集成的Freescale WCT100xA無(wú)線充電發(fā)射端5W線圈控制器拓?fù)?，是一款符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的多線圈參考設(shè)計(jì)，傳輸效率大于65%，并且考慮了在車載環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電器所需要面對(duì)的獨(dú)特挑戰(zhàn)，例如輸入電壓波動(dòng)的問題，因?yàn)闃?biāo)稱12VDC的車載電池在不同運(yùn)行工況下提供的電壓會(huì)在6V – 14V之間大幅變化。
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圖3：Freescale面向車載應(yīng)用的多線圈無(wú)線充電參考設(shè)計(jì)框圖。

該項(xiàng)設(shè)計(jì)還減少了諧波信號(hào)發(fā)射，以減輕對(duì)車載系統(tǒng)的干擾，并且滿足汽車行業(yè)的EMC標(biāo)準(zhǔn)；支持異物檢測(cè)，線圈之間有雜物阻擋時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)；此外，控制臺(tái)上的充電設(shè)備亦可自由擺放。

智能手機(jī)、平板電腦以及其他應(yīng)用

近年推出的不少更“常規(guī)”的移動(dòng)設(shè)備，包括智能手機(jī)、平板電腦等，也搭載了無(wú)線充電功能。 比較新型的無(wú)線充電接收端有Panasonic AN32258A-PR和IDT的IDTP9025A。這兩款產(chǎn)品都符合Qi標(biāo)準(zhǔn)，都可以為移動(dòng)應(yīng)用提供高度緊湊的方案；IDTP9025A集成了高效的同步全橋整流器，而AN3225A-PR則為外部的全橋同步整流器提供了控制功能。兩款產(chǎn)品都帶有異物檢測(cè)功能，都可以提供用于電源電路或電池充電的5V穩(wěn)壓輸出。
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圖4：符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電源系統(tǒng)，采用Panasonic AN32258A和NN32251A。

對(duì)于多用途無(wú)線充電板而言，F(xiàn)reescale WCT100xA無(wú)線充電發(fā)射端控制器依然是不錯(cuò)的選擇。WCT-5W1COILTX是適用于5W單線圈Qi應(yīng)用的通用無(wú)線充電器參考設(shè)計(jì)，它就是采用WCT100xA來(lái)管理和執(zhí)行所有發(fā)射端控制功能，傳輸效率大于75%。 如果需要采用兼容WPC標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電發(fā)射端線圈，不妨關(guān)注一下Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。這是一款24uH、6A線圈，采用高導(dǎo)磁率屏蔽設(shè)計(jì)，有助于將磁場(chǎng)引導(dǎo)至耦合區(qū)，盡可能提高效率并避免干擾問題，并且其組成材料包含高飽和鐵粉，因而該線圈不受任何可能在方案中使用的固定磁場(chǎng)影響。

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