無(wú)線充電 Qi (C)

1、System DescriptionWireless Power TransferVersion 1.0Basic Power Transmitter Designs.1d cd od iFigure 3-6: Primary Coil of Power Transmitter design A2 Table 3-5: Primary Coil parameters of Power Transmitter design A2Parameter Symbol Value mm mmmm10 2上次講到 利用功率接收器諧振頻率的檢測(cè),原因是最大限度的減少初級(jí)線圈的調(diào)動(dòng)

2、,因?yàn)楣β拾l(fā)射器沒(méi)有必要識(shí)別在這個(gè)諧振頻率不響應(yīng)的對(duì)象。實(shí)例 C.3提供諧振檢測(cè)方法初級(jí)線圈繞線的種類,絞合線 30股,1.0mm直徑,參考圖3-6,初級(jí)線圈為圓形 多個(gè)層組成,相同極性的所有的層堆疊。表3-5 是初級(jí)線圈的尺寸。功率發(fā)射器A2 設(shè)計(jì) 包含 一個(gè)初級(jí)線圈 像小節(jié) .1定義的那樣,屏蔽罩像小節(jié).2定義的那樣,界面(感應(yīng)面像小節(jié).3定義的那樣,定義階段 像小節(jié).4定義的那樣機(jī)械細(xì)節(jié)描述初級(jí)線圈外直徑內(nèi)直徑厚度每層匝數(shù)層數(shù)System DescriptionWireless Power TransferBasic Power T

3、ransmitter DesignsVersion 1.0.2DPR-MF3 Daido Steel (大 同 特 殊 鋼 HS13-H Daido Steel (大 同 特 殊 鋼d sd z2 mm min.InterfaceSurfaceShieldingPrimaryCoilBase Station1.0° max.5 mm min.Figure 3-7: Primary Coil assembly of Power Transmitter design A..如圖3-7 ,軟磁材料保護(hù)基站免受初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)干

4、擾,屏蔽罩至少超出初級(jí)線圈的外直徑2mm,厚度至少0.20mm,放在初級(jí)線圈下面距離0.1mm,這點(diǎn)無(wú)線傳輸系統(tǒng)描述1.0版本,第1卷 第1部分 限制了屏蔽罩從下列裂變材料選擇組合。如圖3-7 ,從初級(jí)線圈頂面到基站感應(yīng)面/界面的距離是 d z = 2.5 mm,另外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級(jí)線圈外直徑5mm.如圖3-7 ,從初級(jí)線圈頂面到基站感應(yīng)面/界面的距離是 d z = 2.5 mm,另外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級(jí)如圖3-8,功率發(fā)射器A2 用一個(gè)全橋逆變器驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈和串聯(lián)電容,在頻率140kHz,初級(jí)線圈和屏蔽罩有一個(gè)自感系數(shù) L p = 24 uH。 串聯(lián)電容的值是 C p =

5、200 nF.近諧振,串聯(lián)電容兩端的電壓可達(dá)到50V pK-pK.兩個(gè)相互垂直的方向平行到界面/感應(yīng)面的距離精確到0.1mm或者更好。屏蔽罩界面/感應(yīng)面定位階段電子細(xì)節(jié)詳述界面/感應(yīng)面初級(jí)線圈基站屏蔽罩+0.5- 0+1-+5%-如圖3-7 ,從初級(jí)線圈頂面到基站感應(yīng)面/界面的距離是 d z = 2.5 mm,另外基站界面/感應(yīng)面至少超出初級(jí)功率發(fā)射器A2 用輸入電壓到全橋逆變器 控制功率的傳輸。為這個(gè)目的,輸入電壓的范圍是 3-12v,低輸入電壓的結(jié)果是傳輸?shù)凸β?功率傳輸中為了得到足夠準(zhǔn)確的校正,A2功率發(fā)射器應(yīng)該控制輸入電壓精確到50mV 或者更好。當(dāng)A2功率發(fā)射器第一次申請(qǐng)(應(yīng)用功率信

6、號(hào)時(shí)(數(shù)字Ping;參考小節(jié) 5.2.1,它應(yīng)該用初始輸入電壓 8v。System DescriptionWireless Power TransferVersion 1.0Basic Power Transmitter DesignsL PC PFigure 3-8: Electrical diagram (outline of Power Transmitter design A2Table 3-6: PID parameters for voltage controlParameterSymbol Value Unit Proportional gain 1 mA -1 Integral

7、 gain 0 mA -1ms -1 Derivative gain 0mA -1msIntegral term limitN.A. N.A. PID output limit1,500 N.A. Scaling factor 0.5 mV在小節(jié)控制功率傳輸需要運(yùn)用PID算法,引入控制變量 V 表示到全橋逆變器的輸入電壓,為了更準(zhǔn)確的功率控制,A2功率發(fā)射器應(yīng)該確定初級(jí)感應(yīng)子區(qū)電壓的幅值(初級(jí)線圈電壓精確到 5mV或者更好,最后表3-6 提供用在PID 算法的幾個(gè)參數(shù)。System DescriptionWireless Power TransferBasic Power Tra

8、nsmitter DesignsVersion 1.03.3 3.3.1Power Conversion UnitCommunications & Control UnitInverterSensingImpedance MatchingInput Power MultiplexerPrimary Coil ArrayFigure 3-9: Functional block diagram of P ower Transmitter design B1基于初級(jí)線圈組的功率發(fā)射器設(shè)計(jì)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B1這小節(jié)3.3定義了功率發(fā)射器B設(shè)計(jì),此外3.3小節(jié)這部分的定義,每個(gè)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)

9、現(xiàn)小節(jié)5協(xié)議定義的相關(guān)部分,通訊接口(界面在第6小節(jié)定義。這小節(jié)3.3定義了功率發(fā)射器B設(shè)計(jì),此外3.3小節(jié)這部分的定義,每個(gè)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)小節(jié)5協(xié)議定義功率轉(zhuǎn)換單元在右手邊 圖3-9是A2設(shè)計(jì)的類似部分,這個(gè)設(shè)計(jì)利用重疊的初級(jí)線圈組實(shí)現(xiàn)自由定位,這個(gè)要看功率接收器的位置,多路器 鏈接或不鏈接相應(yīng)的初級(jí)線圈,阻抗匹配電路和初級(jí)線圈組鏈接形成諧振電路,感測(cè)電路檢測(cè)初級(jí)感應(yīng)子區(qū)(初級(jí)線圈的一部分的電流和電壓,同時(shí)逆變器轉(zhuǎn)換DC輸入到 AC波形驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈組。通訊控制單元在圖3-9左手邊由數(shù)字邏輯部分組成,這個(gè)單元從功率接收器獲取解碼信息,配置多路器去鏈接適當(dāng)?shù)某跫?jí)線圈組的部分,執(zhí)行相關(guān)的功

10、率控制算法和協(xié)議,驅(qū)駕頻率和輸入電壓到逆變器控制到接收器的功率輸出,通訊控制單元也鏈接其他基站的子系統(tǒng),例如 用戶界面功率發(fā)射器B1 設(shè)計(jì)可以自由定位,如圖3-9 這個(gè)設(shè)計(jì)的功能模塊圖,它由兩個(gè)主要功能單元組成,即功率轉(zhuǎn)換單元和通訊控制單元(電壓 輸入(初級(jí)線圈組 23初級(jí)線圈組由3層組成,如圖3-10a單個(gè)初級(jí)線圈的頂視圖,繞線種類,絞合線 24股 no.40 AWG0.08mm直徑,或者同等的。初級(jí)線圈組由3層組成,如圖3-10a單個(gè)初級(jí)線圈的頂視圖,繞線種類,絞合線 24股 no.40 AWG0.08mm直徑,如圖3-10a,初級(jí)線圈為圓形組成一個(gè)層。圖3-10b展示了一個(gè)初級(jí)線圈組的側(cè)

11、面圖,圖3-10c展示了一個(gè)初級(jí)線圈組的頂視圖,第二層初級(jí)線圈的六邊形虛線圖標(biāo)注了一個(gè)右偏移距離 t 2,第二層初級(jí)線圈的中心和第一層初級(jí)線圈的角(右邊是一個(gè)點(diǎn)。功率發(fā)射器B1 設(shè)計(jì)包括初級(jí)線圈組如小節(jié).1定義,屏蔽罩如小節(jié).2定義,和 界面/感應(yīng)面如小節(jié).3定義。機(jī)械(結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)描述初級(jí)線圈組System DescriptionWireless Power TransferTable 3-7 lists the relevant parameters of the Primary Coil array.Table 3-7Parameter Symbol

12、 Value Outer diameter mmInner diametermmLayer thickness * mm Number of turns16Array thicknessmmCenter-to-center distancemmOffset 2nd layer array mm Offset 3rd layer arraymm*Value includes thickness of connection wires.2Material 78 Fair Rite Corporation. 3C94 Ferroxcube. N87 Epcos AG. PC44 TDK

13、 Corp.d sd z2 mm min.InterfaceSurfacePrimary Coil Array Base StationShieldingFigure 3-11: P rimary Coil array assembly of Power Transmitter design B1同樣的,虛線六邊形表示層3的初級(jí)線圈的格子,也同樣標(biāo)注了一個(gè)左偏移距離t 3,可以看出第三層初級(jí)線圈的中心點(diǎn)也和第一層初級(jí)線圈的角(左邊是一個(gè)點(diǎn)。由此得出 初級(jí)線圈第二層的每個(gè)中心及每個(gè)角 和第三層的每個(gè)中心及每個(gè)角也是一樣的;所有的初級(jí)線圈相同極性疊加,另外請(qǐng)參看圖3-10 c彩色部分六邊形含義(本

14、來(lái)不是彩色,為了更好理解我把它們用透明度為50% 紅綠藍(lán)三個(gè)六邊形表示(外直徑(內(nèi)直徑(層厚度(匝數(shù)(線圈組厚度(中心到中心的距離(層二偏移(層三偏移- 0.3+屏蔽罩如圖3-11,功率發(fā)射器B1用屏蔽罩保護(hù)基站避免初級(jí)線圈組產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾,屏蔽罩最少超出初級(jí)線圈組邊緣2mm,放在初級(jí)線圈下面距離 d s = 0.5 mm .屏蔽罩是軟性磁材料 厚度至少0.5mm.無(wú)線傳輸系統(tǒng)描述 第1卷 第1部分,限制了屏蔽罩從下列材料選擇組合。System DescriptionWireless Power TransferVersion 1.0Basic Power Transmitter Design

15、s.C m1MultiplexerControlC 1C 2L mC m23Figure 3-12: Electrical diagram (outline of Power Transmitter design B1界面/感應(yīng)面電子細(xì)節(jié)描述如圖3-11 ,初級(jí)線圈組與基站感應(yīng)面/界面的距離是 d z = 2 mm.從初級(jí)線圈頂面。另外 界面/感應(yīng)面至少超出超出初級(jí)線圈組外邊緣5mm.如圖3-12,功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì) 用一個(gè)半橋逆變器驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈組。另外,功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì)用一個(gè)多路器來(lái)選擇感應(yīng)有效區(qū)的位置。多路器來(lái)配置 初級(jí)線圈組 ,1個(gè) 2個(gè) 或3個(gè)初級(jí)線圈

16、以并聯(lián)方式被鏈接 到驅(qū)動(dòng)電路。鏈接的初級(jí)線圈構(gòu)成了一個(gè)感應(yīng)子區(qū),還有另一個(gè)限制,多路器應(yīng)該選擇這樣一種初級(jí)線圈 -每個(gè)選擇的初級(jí)線圈和其他所有選擇的初級(jí)線圈疊加 參考圖 3-10(c+0.5-0.25+1-+5%-+5%-+5%-+1-+1-功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B1 用輸入電壓 到半橋逆變器 控制功率傳輸。為了這個(gè)目的,輸入電壓范圍是 0-20v,當(dāng)?shù)洼斎腚妷簳r(shí) 結(jié)果是傳輸?shù)凸β?。為了得到功率傳輸足夠?zhǔn)確的校正,B1功率發(fā)射器應(yīng)該控制輸入電壓精確度 35mV或者更好。當(dāng)功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B1 第一次申請(qǐng)(應(yīng)用功率信號(hào)數(shù)字 ping;參考小節(jié)5.2.1應(yīng)該使用其實(shí)輸入電壓12VSystem Descrip

17、tionWireless Power TransferTable 3-8: PID parameters for voltage c ontrolParameterSymbol Value Unit Proportional gain 1 mA -1 Integral gain 0 mA -1ms -1 Derivative gain 0mA -1msIntegral term limitN.A. N.A. PID output limit2,000 N.A. Scaling factor 1 mV控制功率傳輸應(yīng)該應(yīng)用PID 算法,小節(jié)定義了這點(diǎn)。在算法定義中引入控

18、制變量 V 表示到半橋逆變器的輸入電壓。為了保證足夠準(zhǔn)確的功率控制,B1 發(fā)射器 應(yīng)該 確定進(jìn)入初級(jí)感應(yīng)子區(qū)的電流幅值精確 到5mA 或者更好。除了PID 算法,B1功率發(fā)射器應(yīng)該限制 限制進(jìn)入初級(jí)子感應(yīng)區(qū)的電流為最大 4ARMS,當(dāng)初級(jí)子感應(yīng)區(qū)由2個(gè)或3個(gè)初級(jí)線圈組成時(shí),當(dāng)初級(jí)子感應(yīng)區(qū)由1個(gè)初級(jí)線圈組成時(shí) 最大2A RMS .因?yàn)檫@個(gè)目的,功率發(fā)射器應(yīng)該限制到半橋逆變器的輸入電壓低于20V,最后表3-8提供了一些用于PID 運(yùn)算的參數(shù)值。(i可測(cè)量性小節(jié)和定義了功率發(fā)射器B1 的機(jī)械(結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和電子細(xì)節(jié),如圖小節(jié)3.1的定義,功率發(fā)射器B1 只服務(wù)于一個(gè)功率接收器

19、,為了能同時(shí)服務(wù)于多個(gè)功率接收器,一個(gè)基站可以包含多個(gè)B1型功率發(fā)射器。 如圖3-13,這些功率發(fā)射器可以共享初級(jí)線圈組和多路器,無(wú)論怎樣每個(gè)獨(dú)立的功率發(fā)射器必須有一個(gè)分開(kāi)的可控逆變器,阻抗匹配電路,檢測(cè)初級(jí)子感應(yīng)區(qū)的方法,如小節(jié)定義。另外多路器必需確保不要連接多個(gè)逆變器到到獨(dú)立的初級(jí)線圈。System DescriptionWireless Power TransferVersion 1.0Basic Power Transmitter DesignsHalf-bridge Inverter Impedance MatchingControlInput Voltage 1Hal

20、f-bridge Inverter Impedance MatchingHalf-bridge Inverter Impedance MatchingMultiplexer (sharedPrimary Coil Array (sharedControl 1stTransm i t t er (desi gn B12nd Transm i t t er (desi gn B1n t h Transm i t t er (desi gn B1Input Voltage 2Input Voltage nFigure 3-13: M ultiple type B1 Power Transmitter

21、s sharing a multiplexer and Primary Coil array(多個(gè)B1功率發(fā)射器共享一個(gè)多路器和初級(jí)線圈組輸入電壓1輸入電壓2輸入電壓3System DescriptionWireless Power TransferBasic Power Transmitter DesignsVersion 1.0..1.1Table 3-9Parameter SymbolValueOuter diametermm Track widthmm Track width plus spacingmm Corner rounding * mm Num

22、ber of turns 18Track thicknessmm Dielectric thickness 1 mm Dielectric thickness 2mm Array thicknessmm Center-to-center distance31.855±0.2 mm Offset 2nd layer array 18.4±0.1 mm Offset 3rd layer array18.4±0.1 mm*Value applies to the outermost winding功率發(fā)射器設(shè)計(jì)B2機(jī)械(結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)描述初級(jí)線圈組功率發(fā)射器B2 設(shè)計(jì)可以自由定位,功率發(fā)射器B2設(shè)計(jì)和B1功率發(fā)射器B1設(shè)計(jì)最大的不同是初級(jí)線圈組,功率發(fā)射器B2設(shè)計(jì)是基于印刷電路板PCB式的初級(jí)線圈。功率發(fā)射器B2的功能模塊圖和功率發(fā)射器B1的完全相同,參考圖 3-9 和3.3.1小節(jié)文本描述。功率發(fā)射器B2 設(shè)計(jì) 包括 一個(gè)初級(jí)線圈組 如小節(jié).1定義的那樣,屏蔽罩如小節(jié).3定義,界面/感應(yīng)面 如小節(jié).3定義。這個(gè)初級(jí)線圈組由8層PCB構(gòu)成,內(nèi)六層PCB每個(gè)包含一個(gè)網(wǎng)格初級(jí)線圈,底層包含鉛片對(duì)每個(gè)獨(dú)立的初級(jí)線圈。頂層可以被用于其它目的,但是不能影響初級(jí)線圈組的自感系數(shù)值。圖3-14(a展示一個(gè)單