無線充電是一個潛力巨大的市場，吸引了業界廣泛關注。受到各家標準互不兼容和消費市場冷淡的影響，無線充電市場初期增長緩慢，但隨著可穿戴技術的出現和普及，無線充電得到了真正驅動其快速增長的動力。這兩者的結合不僅能夠引起人們的關注，更讓谷歌、微軟、蘋果等眾多一線大牌都參與進來，希望借無線充電智能手表的東風，在可穿戴設備的市場中占有一席之地，也讓一大半曾表示不知無線充電為何物的消費者認識到了無線充電技術的概念和價值。然而，在無線充電市場中，可穿戴設備依然只占一小部分，無線充電能夠帶來回報的大部分機遇依然寄托在手機、平板電腦等應用之上。本文將重點介紹一些采用無線充電技術的新產品，涵蓋可穿戴設備、車載設備以及介于這兩者之間的應用。
圖1：Moto 360智能手表采用無線充電座充電。（來源：www.motorola.com） 無線充電與可穿戴設備相得益彰 無線充電的基本原理是通過電磁感應來傳輸電能，具體而言就是向充電座內部的發射線圈通入交流電，從而產生磁場，使附近移動設備中的接收線圈產生感應電壓，并以此來為該設備的電池充電。和通過USB或充電頭充電相比，無線充電存在額外的能量轉換損耗，因而充電效率較低，充電時間也更長，所以必須要有站得住腳的理由才能上馬這項技術；但在設計可穿戴設備時，我們有非常充分的理由將無線充電納入其中。可穿戴設備需要長時間穿戴在身上，這就決定了它看起來不能太過顯眼，必須做到小巧、輕薄、不笨重，留給電池和相關電路的空間少之又少。如果是健身追蹤器之類比較簡單的可穿戴設備，一塊小電池可能就足夠它運行一周而無需充電；然而，在當今市場趨勢下，可穿戴設備功能越來越豐富，這在智能手表上體現得尤為明顯。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、發消息等非常耗電的特性，即便采用當今最高效的鋰離子（Li-Ion）和鋰聚合物（Li-Pol）電池技術也拯救不了它們的續航表現。從產品評測來看，大多數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解的情況下，就有必要采取一種比插電充更加簡單的充電方式，這時就該輪到無線充電出場了。在無線充電的場景下，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圓形的小型磁性連接器。由于智能手表和其他可穿戴設備的電池容量較小，無線充電所需時間也相對較短，從電量為零到充滿約需一個小時，這與手機等較大型移動設備漫長的無線充電時間相比，還是比較容易接受的。除了充電更方便、充電時間可接受外，無線充電還能夠讓可穿戴設備采用完全密封或防水的設計，這對于穿戴在身體上的電子設備而言是一種非常具有吸引力的保護特性。
圖2：采用bq5105x作為鋰離子或鋰聚合物電池無線充電器的典型系統框圖。將bq5105x與bq500210發射端控制器配合使用，可以為電池直充方案實現完整的無線電力傳輸系統。 Texas Instruments（TI）可提供用途廣泛的電源管理產品組合，包括面向可穿戴設備的無線和有線充電方案。事實上，Moto 360（見圖1）作為首款配備無線充電功能的Google Android Wear設備，其采用的無線充電接收端方案就是TI的bq51051B。該方案符合無線充電聯盟（WPC）的Qi互通標準，故Moto 360雖然自帶充電底座，但也可以借助其他任何符合Qi標準的無線充電設備進行充電。bq51051B是一款高度集成的方案，它將多個重要的接收端元件，包括整流器、無線電力接收控制器和電池充電器集成在一個小型封裝中。對于有線充電的可穿戴設備，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，也可以采用價格低廉的非穩壓電源適配器。 Würth Elektronik擁有全套無線充電線圈方案，可以同時提供發射線圈和接收線圈，其760308100110和760308100111產品組合中增加了帶圓形基板的無線充電發射線圈。這些線圈均符合Qi標準，非常適合在圓形「腕帶式」應用（如某些智能手表）的充電座中使用。760308100110和760308100111分別針對A10和A11型Qi發射端設計。 車載應用 對于電動汽車而言，無線充電依然處在早期階段，大多數車載無線充電方案依然處于試驗狀態，但用于車載控制臺的無線充電方案已經涌現出來，Freescale WCT-5WTXAUTO無線充電參考設計就是其中一例。該方案基于高度集成的Freescale WCT100xA無線充電發射端5W線圈控制器拓撲，是一款符合Qi標準的多線圈參考設計，傳輸效率大于65%，并且考慮了在車載環境中實現無線充電器所需要面對的獨特挑戰，例如輸入電壓波動的問題，因為標稱12VDC的車載電池在不同運行工況下提供的電壓會在6V – 14V之間大幅變化。
圖3：Freescale面向車載應用的多線圈無線充電參考設計框圖。 該項設計還減少了諧波信號發射，以減輕對車載系統的干擾，并且滿足汽車行業的EMC標準；支持異物檢測，線圈之間有雜物阻擋時會發出警報；此外，控制臺上的充電設備亦可自由擺放。 智能手機、平板電腦以及其他應用 近年推出的不少更「常規」的移動設備，包括智能手機、平板電腦等，也搭載了無線充電功能。 比較新型的無線充電接收端有Panasonic AN32258A-PR和IDT的IDTP9025A。這兩款產品都符合Qi標準，都可以為移動應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。兩款產品都帶有異物檢測功能，都可以提供用于電源電路或電池充電的5V穩壓輸出。
圖4：符合Qi標準的無線電源系統，采用Panasonic AN32258A和NN32251A。 對于多用途無線充電板而言，Freescale WCT100xA無線充電發射端控制器依然是不錯的選擇。WCT-5W1COILTX是適用于5W單線圈Qi應用的通用無線充電器參考設計，它就是采用WCT100xA來管理和執行所有發射端控制功能，傳輸效率大于75%。 如果需要采用兼容WPC標準的無線充電發射端線圈，不妨關注一下Vishay Dale的IWTX-4646BE-50。這是一款24uH、6A線圈，采用高導磁率屏蔽設計，有助于將磁場引導至耦合區，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影響。 如果您想選擇或訂購一款器件，或者批量選擇能夠支持您的各種無線充電應用需求的產品和解決方案，請訪問mouser.cn。 文章來源：貿澤電子 作者簡介：Landa來自德克薩斯州達拉斯。她擁有電子工程學士學位，在電子行業擁有18年工作經驗，從業足跡涵蓋科技初創公司直至《財富》500強公司。 |
