无线电力传输充电器设计的组件

已创建：October 9, 2020
已更新：July 1, 2024

不想让您的客户增加另一根电线到他们的收藏中吗？将无线电力传输加入您的设计。

前几天，我从我毕业的大学那里收到了一个无线充电板。我不确定他们为什么决定发送这个，但它对于在工作时保持我的手机充电非常方便。它输出的功率刚好足以在我听播客和偶尔检查Facebook时保持我的手机电量恒定。这些系统的物理原理很容易理解，而且市场上可用的组件数量众多，它们也很容易构建。

无线电力传输不仅仅是为了在工作期间为手机充电的便利。充满无线物联网产品的环境将需要某种方式来尽可能延长寿命，而不需要手动更换电池。无线电力传输是实现这一目标的一种方式，而无需派技术人员更换电池。如果您对无线电力传输感兴趣，以下是您需要了解的信息以及您在市场上会找到的一些组件选项。

无线电力传输的类型

无线电力传输有两种可能的模式：感应耦合和谐振感应充电。这两种方法都是近场方法，即，被充电的设备需要非常靠近充电器。大多数无线充电系统指定的范围小于50毫米，将接收设备放置得更靠近充电器可以提供更快的充电。

这两者之间的主要区别在于调谐。对于感应耦合充电器，发送和接收设备都使用大线圈，其电感在μH范围内。发送和接收线圈通常排列得使接收设备能够将电压/电流升高或降低至适合电池充电的范围。设计目标是设置接收到的电压/电流，以使充电时间最小化，同时防止过充，这会减少电池寿命。

在谐振感应充电器中，使用电容器与线圈一起创建一个串联LC谐振器。LC电路的谐振频率可以调谐以匹配接收信号的频率，这最大化了接收器中的电流。这可以通过一个可变电容二极管、一个小型微控制器和一个带有反馈回路的小型电流感测放大器来完成。然后使用它来调整来自可变电容的电容量，使其位于某个范围内。

关于无线电力传输产品，有两套由无线电力联盟（“Qi”标准）和电力物质联盟指定的标准。Qi标准可以与USB-PD兼容，用于那些通常会通过Type-C电缆充电的设备。下表总结了这两个组织指定的设备标准。

对于无线电力传输而不充电的情况，相同的概念适用：电力通过感应接收，并且被发送到下游以供电给设备而不充电。只需使用没有电池管理功能的标准调节器，您就可以远距离供电给设备。

无线电力传输的组件

下面显示的组件可用于感应耦合或磁共振感应无线电力传输模式。您需要的组件分为3个领域：

电力调节和电池管理：这包括用于Tx端的开/关切换的FETs，Rx端的标准电力调节器，或Rx端带有电池管理的调节器。
传输和接收：需要通过高感应线圈高效传输和接收电力；然后您需要添加一个电容或变容二极管来调整谐振频率以匹配Tx频率。
整流：需要直流电来充电电池，因此需要一个小型整流器和电力电容器来将接收到的信号转换为直流电。
控制和调谐：您可能想要开启或关闭单元，以及通过标准接口控制任何集成电路。

Würth Elektronik, 760308103204

Würth Elektronik的760308103204 Rx充电线圈适用于大型设备的一系列应用。如下图所示，该线圈在高电流（10 A）和高切换频率（约2 MHz）下提供平坦的感应值。Würth Elektronik在无线电力传输系统的Rx和Tx两侧都提供了类似的组件。此外，Würth Elektronik还提供将无线电力传输和NFC接收结合在一个封装中的线圈。

Würth Elektronik的760308103204中的感应值与频率和电流的关系。来自760308103204数据手册。

Analog Devices, LTC4124

如果您正在寻找一种紧凑的解决方案，用于为小型可穿戴设备或其他低功耗设备中的低容量电池充电，Analog Devices的LTC4124是一个不错的选择。这个小型SMD组件提供可选择的电压和电流输出（最高100 mA和4.35 V，分别）。对于温度合格的充电，该组件包括一个NTC电阻器输入，这消除了使用MCU实现控制功能的需要。

LTC4124无线电源传输控制器的无线充电应用电路。来自LTC4124数据手册。

Infineon, BSC065N06LS5ATMA1

Infineon的BSC065N06LS5ATMA1 N沟道MOSFET是OptiMOS MOSFET系列的一部分。该元件的额定输出为60V，导通状态电阻低（6.5 mOhm），漏电流为64A。逻辑电平驱动意味着这款MOSFET的栅极阈值电压低，允许使用微控制器的5V输出来驱动此元件。这使得该元件成为感应耦合或谐振感应无线电源传输电路的核心部分。8脚SMD封装也使得这款元件能够轻松地安装在小型PCB上。