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專用 IC 緩解無線電源控制挑戰(zhàn)

2075923 2022-11-28 | pdf | 234.6KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

無線充電（也稱為感應(yīng)充電或無線電力）自從尼古拉特斯拉聲稱他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了基本原理并且只需要一個(gè)有進(jìn)取心的人就可以將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化以來，就已經(jīng)證明了它的前景。那是在 1921 年。從那時(shí)起，系統(tǒng)來來去去，但該行業(yè)并未真正著火。無線充電（也稱為感應(yīng)充電或無線電力）自從尼古拉特斯拉聲稱他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了基本原理并且只需要一個(gè)有進(jìn)取心的人就可以將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化以來，就已經(jīng)證明了它的前景。那是在 1921 年。從那時(shí)起，系統(tǒng)來來去去，但該行業(yè)并未真正著火。技術(shù)障礙、競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)和消費(fèi)者不感興趣一直是進(jìn)展緩慢的罪魁禍?zhǔn)?，但事情開始發(fā)生變化，分析師們對(duì)此感到興奮。例如，咨詢公司 IHS 預(yù)測(cè)無線充電市場(chǎng)將從 2013 年的 2.16 億美元增長(zhǎng)到 2018 年的 85 億美元。這種樂觀的原因之一是最近宣布兩個(gè)以前相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在聯(lián)手共同推廣該技術(shù). 二是感應(yīng)式和諧振式無線充電都在很大程度上克服了無線充電的技術(shù)挑戰(zhàn)，并且都得到了廣泛的半導(dǎo)體供應(yīng)商的支持。技術(shù)障礙、競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)和消費(fèi)者不感興趣一直是進(jìn)展緩慢的罪魁禍?zhǔn)?，但事情開始發(fā)生變化，分析師們對(duì)此感到興奮。例如，咨詢公司 IHS 預(yù)測(cè)無線充電市場(chǎng)將從 2013 年的 2.16 億美元增長(zhǎng)到 2018 年的 85 億美元。這種樂觀的原因之一是最近宣布兩個(gè)以前相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在聯(lián)手共同推廣該技術(shù). 二是感應(yīng)式和諧振式無線充電都在很大程度上克服了無線充電的技術(shù)挑戰(zhàn)，并且都得到了廣泛的半導(dǎo)體供應(yīng)商的支持。廣泛部署的無線充電有可能增加消費(fèi)者對(duì)電池補(bǔ)充的便利性，就像 Wi-Fi 對(duì)連接所做的一樣。本文介紹了芯片制造商如何通過引入集成發(fā)射器和接收器設(shè)備，使設(shè)計(jì)人員更容易進(jìn)入這個(gè)利潤(rùn)豐厚的領(lǐng)域，工程師可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。廣泛部署的無線充電有可能增加消費(fèi)者對(duì)電池補(bǔ)充的便利性，就像 Wi-Fi 對(duì)連接所做的一樣。本文介紹了芯片制造商如何通過引入集成發(fā)射器和接收器設(shè)備，使設(shè)計(jì)人員更容易進(jìn)入這個(gè)利潤(rùn)豐厚的領(lǐng)域，工程師可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。無線充電的基本原理無線充電的基本原理從根本上說，無線充電是使用感應(yīng)將能量從發(fā)射器線圈傳輸?shù)浇邮掌骶€圈。發(fā)射器線圈產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)，在接收器線圈中感應(yīng)出交流電壓，然后整流和調(diào)節(jié)以對(duì)電池充電。從根本上說，無線充電是使用感應(yīng)將能量從發(fā)射器線圈傳輸?shù)浇邮掌骶€圈。發(fā)射器線圈產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)，在接收器線圈中感應(yīng)出交流電壓，然后整流和調(diào)節(jié)以對(duì)電池充電。功率傳輸?shù)男嗜Q于電感器之間的耦合 (k) 及其質(zhì)量 (Q)。耦合由電感器之間的距離 (z) 和線圈直徑的比率決定。耦合進(jìn)一步由線圈的形狀和它們之間的角度決定。功率傳輸?shù)男嗜Q于電感器之間的耦合 (k) 及其質(zhì)量 (Q)。耦合由電感器之間的距離 (z) 和線圈直徑的比率決定。耦合進(jìn)一步由線圈的形狀和它們之間的角度決定。緊耦合系統(tǒng)——兩個(gè)大小相似的線圈靠得很近，對(duì)齊和平行——效率更高，可以限制麻煩的電磁干擾 (EMI)（圖 1）。更高的效率可以限制不需要的熱量。松散耦合系統(tǒng)可用于難以限制線圈之間的間隙和/或匹配線圈尺寸的情況，但要在較低的效率和較高的 EMI 輻射之間進(jìn)行權(quán)衡。耦合度由“耦合因子”決定，是衡量發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁通量有多少被接收線圈捕獲的量度。完美耦合（捕獲所有通量）的耦合系數(shù)為 1。實(shí)際系統(tǒng)的耦合系數(shù)通常為 0.3 至 0.6。緊耦合系統(tǒng)——兩個(gè)大小相似的線圈靠得很近，對(duì)齊和平行——效率更高，可以限制麻煩的電磁干擾 (EMI)（圖 1）。更高的效率可以限制不需要的熱量。松散耦合系統(tǒng)可用于難以限制線圈之間的間隙和/或匹配線圈尺寸的情況，但要在較低的效率和較高的 EMI 輻射之間進(jìn)行權(quán)衡。耦合度由“耦合因子”決定，是衡量發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁通量有多少被接收線圈捕獲的量度。完美耦合（捕獲所有通量）的耦合系數(shù)為 1。實(shí)際系統(tǒng)的耦合系數(shù)通常為 0.3 至 0.6。圖 1：緊密耦合的無線充電器使用對(duì)齊良好、尺寸相似且非常接近的線圈，效率更高，同時(shí)產(chǎn)生的 EMI 問題更少。（圖片由無線電力聯(lián)盟提供）圖 1：緊密耦合的無線充電器使用對(duì)齊良好、尺寸相似且非常接近的線圈，效率更高，同時(shí)產(chǎn)生的 EMI 問題更少。（圖片由無線電力聯(lián)盟提供）諧振耦合，即發(fā)射器和接收器線圈在諧振頻率下運(yùn)行，通常可以提高系統(tǒng)效率。直覺上，緊密耦合的線圈都在其諧振頻率下運(yùn)行應(yīng)該產(chǎn)生最有效的系統(tǒng)。然而，情況并非如此，因?yàn)榇嬖诿總€(gè)線圈可以維持諧振操作的最小距離。這個(gè)最小距離取決于線圈的尺寸和工作頻率，但大于緊耦合系統(tǒng)的典型線圈間距。物理原理很復(fù)雜，但本質(zhì)上，如果兩個(gè)諧振線圈靠得太近，它們的磁場(chǎng)就會(huì)“崩潰”，電力傳輸就會(huì)停止。諧振耦合，即發(fā)射器和接收器線圈在諧振頻率下運(yùn)行，通?？梢蕴岣呦到y(tǒng)效率。直覺上，緊密耦合的線圈都在其諧振頻率下運(yùn)行應(yīng)該產(chǎn)生最有效的系統(tǒng)。