Qi標準無線充電配件概述

1、摘要自Qi標準岀現(xiàn)以后，無線充電配件產(chǎn)品便可以利用這種行業(yè)通用標準，在無需基站（無線充電發(fā)送器）的情況下為移動設(shè)備無線充電。一種常用方法是向消費者提供一種無線充電保護殼、后蓋、電池組或者保 護套，在其配件中放入接收機線圈和電子組件。本文將為您說明這類配件的系統(tǒng)級要求，重點介紹配件產(chǎn) 品和主移動設(shè)備之間的接口。我們還將從兩個方面討論組件選擇，同時探討配件產(chǎn)品和主移動設(shè)備之間引 腳數(shù)目接口的利弊權(quán)衡過程。WPC（Qi ）系統(tǒng)概述圖1顯示了一個 WP（型電感式無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該發(fā)送器由一個AC/DC功率轉(zhuǎn)換、驅(qū)動器、發(fā)射線圈、電壓電流檢測和控制器組成。接收機由一個接收線圈、整流、電壓調(diào)節(jié)和控制

2、器組成。系統(tǒng)負載 可以是任何電池供電設(shè)備，例如：一部手機。Voltage ConditioningReceiverLoadbq500110圖1:WPC電感式無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)中，AC電流流過發(fā)送器線圈時形成耦合磁場，電能通過該耦合磁場從發(fā)送器傳輸至接收機。如果 接收機線圈極為靠近（X-Y或者Z尺寸小于5mm間隙），發(fā)送器場力線的絕大部分將耦合至接收機線圈。這 些耦合場力線在二次繞組中形成 AC電流，對其整流便可產(chǎn)生 DC電壓，從而得到手機或者其他便攜式設(shè)備 使用的電源。請注意，無線充電鏈路實際上就是一款松散耦合、無芯線圈變壓器。WP（標準無線充電市場興起的一個關(guān)鍵是不同發(fā)送器和接收機之間的

3、標準化。以前，銷售無線充電接收機的公司還必須同時提供一個相應(yīng)的發(fā)送器。這種狀況制約了無線充電的市場接受能力，并導(dǎo)致岀現(xiàn)大量不同類型、相互不兼容的無線充電技術(shù)。無線充電聯(lián)盟（WPC制定出了第一個全球標準，實現(xiàn)了5W功率級別發(fā)送器和接收機的通用性1.Qi（發(fā)音為“ chee”）標準定義了無線充電系統(tǒng)的工作頻率、工作電壓和基本線圈 配置。另外，還定義了一種通信協(xié)議，接收機通過它與發(fā)送器通信，例如：發(fā)送器何時終止供電（即電話不再充電時進入節(jié)能模式）、接收機要求提供多少電力以及輸岀功率增加還是減少等。配件構(gòu)架提供Qi標準產(chǎn)品的一條最快捷途徑是， 利用行業(yè)通用標準獲得基站電源 （無線發(fā)送器）的同時，提供具

4、 有電源或者直接電池充電實現(xiàn)的配件解決方案。在這種情況下，配件解決方案指的是無線充電功能，其作 為移動設(shè)備的一種選配。最普遍的兩種配件實現(xiàn)是保護殼和后蓋。保護殼指的是一種塑料殼，它的內(nèi)部包 含有無線充電電路，可以牢固地夾在移動設(shè)備上，通過一些外部觸點向移動設(shè)備提供電源。后蓋則是移動 設(shè)備標準后蓋的替代品，也在其內(nèi)部放入了無線充電電路。另一種配件解決方案是，在移動設(shè)備的電池組 中放入無線充電電路，直接對電池充電。電源配件圖2描述了無線充電接收機如何模擬電源適配器工作，向移動設(shè)備提供5V、5W電源。在這種最為簡易的實現(xiàn)中，接收機和移動設(shè)備之間總共只有兩個觸點：無線充電和接地。由于大多數(shù)第一代Qi產(chǎn)

5、品仍然有一條連線，圖2還顯示了通過有線適配器和無線充電實現(xiàn)充電的過程。兩種電源都連接至移動設(shè)備內(nèi)部的 功率多路復(fù)用器。一般而言，默認情況下選擇適配器電源，在沒有適配器時使用無線充電。圖2:有線輸入的四觸點電源配件系統(tǒng)構(gòu)架在無線充電傳輸期間，連接適配器或者電池充電終止時，無線充電應(yīng)中斷運行。當接收機檢測到無負 載狀態(tài)時，向發(fā)送器發(fā)送一條停止電力傳輸?shù)男畔ⅲ源藖韺崿F(xiàn)上述目標。通過開啟多路復(fù)用器的無線充 電接收機開關(guān)，可以模擬這種狀態(tài)。利用其他通信，可以獲得無負載狀態(tài)的更多詳細信息。雙觸點配件雙觸點解決方案是成本最低的一種無線充電輸岀和接收機接口，但它仍然可以提供一些有限的功能。只有兩個觸點時，我

6、們只能將無線電源（即5V輸出）和接地連接移動設(shè)備，并且移動設(shè)備必須自己檢測何時 在適配器電源和無線電源之間切換。這種解決方案的主要缺點是，移動設(shè)備難以通知發(fā)送器充電已經(jīng)終止。在典型的無線充電系統(tǒng)中，晚上用戶上床睡覺時開始充電，充電一般持續(xù)兩個小時左右。一旦充電完成，接收機應(yīng)向發(fā)送器發(fā)送一條終止充電的信息（由WP（協(xié)議定義），這樣發(fā)送器便可以進入一種低功耗的待機模式。但是雙觸點解決方案終止，只能由接收機通過檢測輸岀電流是否已經(jīng)降至某個閾值以下，才能檢測得到。盡管這種方法可以讓發(fā)送器進入待機模式，但電源電流由系統(tǒng)電流加上充電電流組成為它帶來了諸多弊端。三觸點配件相比雙觸點解決方案，三觸點解決方案有

7、所改進。除無線電源和接地以外，它還增加了一個控制信號。該控制器信號可以是無線充電接收機的輸入，而無線充電接收機通過移動設(shè)備驅(qū)動。典型應(yīng)用針對移動設(shè) 備內(nèi)部的充電器，用以檢測充電何時終止， 然后將這種狀態(tài)通知接收機。 接收機轉(zhuǎn)而通知發(fā)送器終止充電， 發(fā)送器便進入低功耗待機模式。由于移動設(shè)備通過電池持續(xù)供電，因此它會在一個不確定時間段內(nèi)不斷向 無線接收機聲明終止充電，這樣整個充電周期的總發(fā)送器功耗便十分低。另外，發(fā)送器可以利用來自接收 機的終止充電信息，讓用戶知道充電已經(jīng)終止（例如：使用LED旨示燈）。相比雙觸點解決方案，這種方法還可以更加精確地確定充電終止狀態(tài)。四觸點配件最后，相比上述解決方案，

8、四觸點解決方案可以為用戶提供更多的選項。使用四觸點方案后，會有數(shù)種不同選項供選擇。一種是提供兩個控制信號輸入-一個用于向發(fā)送器發(fā)送終止信號，而另一個用于通知發(fā) 送器移動設(shè)備使用默認狀態(tài)。圖2顯示了一種四觸點實現(xiàn)替代方法。在這種情況下，一個外部適配器可以作為設(shè)備接收機的輸入，而適配器FET柵極驅(qū)動信號可以為來自接收機的輸岀，并連接至移動設(shè)備。利用這種方法，接收機可以檢測到適配器的存在，其關(guān)閉無線充電發(fā)送器，然后直接將適配電壓施加至接收機。 后面小節(jié)將詳細介紹適配器多路復(fù)用器構(gòu)架。移動設(shè)備功率多路復(fù)用器上市銷售的第一批無線充電配件，仍然將有線適配器端口保留在了無線充電輸入端的旁邊。它要求在兩個電源

9、（有線電源和無線電源）之間使用一個功率多路復(fù)用器。圖3顯示了一個功率多路復(fù)用器構(gòu)架的例子。這種方法利用接收機配件，對適配器電壓（AD）進行檢測，如果存在適配器電壓則提供柵極驅(qū)動 （AD_EN）。 FET必須以一種背靠背結(jié)構(gòu)有線連接，以在開關(guān)關(guān)閉時阻滯反向和正向?qū)щ姟Ｖ?，一旦存在適配器則無 線充電接收機關(guān)閉電力傳輸，并通過適配器電源讓柵極驅(qū)動保持活躍狀態(tài)。這種方法要求配件和移動設(shè)備 之間至少有一個四引腳接口 （無線充電、AD ADEN和GND。ReceiverAccessoryYVied PowersAD EM-.Vireless Pg.verMobite Device東營變頻器維修 .en/

10、u/2191794855圖3:單個背靠背FET的電源多路復(fù)用選項為了減少電源配件和移動設(shè)備之間的要求引腳數(shù)，我們可以使用一個自動功率多路復(fù)用器。圖4顯示了這種構(gòu)架，其不再要求使用AD和AD_EN接。有線充電通路，通過 VSNS連接獲得優(yōu)先權(quán)。如果在 VSNS檢測到某個電壓，有線充電通路便激活。否則，無線充電通路有效。為了讓接收機電子組件能夠檢測到存 在適配器端口，從而終止無線充電傳輸，它必須對電源輸岀電流進行監(jiān)控。通過監(jiān)控輸岀電源電流，當無 線充電通路開關(guān)關(guān)閉時便可檢測到真正的輕負載（例如：接近零輸岀電流）。之后，接收機向發(fā)送器發(fā)送一條指令，讓其終止電力傳輸。AdapterReceiverAc

11、-CMEESQFyWire esiI ControlTPS2111A圖4:使用自動開關(guān)的電源多路復(fù)用選項電池組配件提供無線充電配件的另一種方法是，把電子組件和接收機線圈集成到移動設(shè)備電池組中。這樣，終端用戶便可以實現(xiàn)設(shè)備無線充電，或者也可以將電池組直接放到無線充電感應(yīng)板上對其充電（使用體驗類似于座充）。但是，有線充電器和無線充電器之間的切換受到限制-總不能無限地增加電池組和系統(tǒng)之間的引腳數(shù)吧。圖5描述了電池組配件的構(gòu)架，并突岀顯示了系統(tǒng)和電池組之間的接口。嵌入到電池組的溫度檢測傳 感器（NTC），用于確保充電時電池有安全的工作溫度。但是，在這種獨特的應(yīng)用中，它可以被用作接收機電 子組件檢測有線充電有效還是無效的一種方法。當移動系統(tǒng)電池充電器有效時，NTC電阻器會有一定的電壓。當它無效時，NTC電阻器下拉至電池組接地基準。因此，電池組中的接收機電子組件可以檢測到這種 電壓的存在，并立即關(guān)閉無線充電器。這種情況僅在連接有線適配器并且接收機放置在充電感應(yīng)板上時岀 現(xiàn)-并不常見，但是提供兩倍充電電流不利于電池的安全性。接收機檢測到NTC信號并采取正確措施以后，有線充電通路便通過上述方法獲得使用優(yōu)先權(quán)。但是， 利用移動系統(tǒng)的檢測算