對于導引式和自由定位式無線充電系統(tǒng)而言，通信都發(fā)揮著關鍵的作用。 在發(fā)射器工作過程中，接收器通過調(diào)制接收器天線上面的負載，將數(shù)據(jù)包傳回發(fā)射器。 反過來，發(fā)射器解調(diào)反射的負載從而重建數(shù)據(jù)包(圖 1)。

典型的無線充電系統(tǒng)圖片

圖 1： 典型的無線充電系統(tǒng)包含電源傳輸基站和受電接收器，使用電磁耦合原理進行電能傳輸和通信。

兩種無線充電系統(tǒng)都使用來自接收器的數(shù)據(jù)管理發(fā)射器電能。 在工作過程中，發(fā)射器單元響應來自接收器的錯誤數(shù)據(jù)，以根據(jù)需要增減送到發(fā)射線圈的電能。 自由定位系統(tǒng)使用同樣的通用方法選擇相對于遠端設備的線圈最佳位置。

設計師不僅可以將這些通信路徑用于控制信號，也可以將應用數(shù)據(jù)傳回發(fā)射器。 盡管信息帶寬是有限的，但是對于設備驗證、設備狀態(tài)以及遠端設備采集的傳感器數(shù)據(jù)的通信來說帶寬是足夠的。

電能調(diào)節(jié)、控制和通信等功能的組合轉(zhuǎn)化成具有復雜的電能和控制邏輯要求的電路設計(圖 2)。 不過，對于設計師來說，半導體制造商提供了很多解決這些需求及其他需求的解決方案。

無線充電系統(tǒng)圖片

圖 2： 無線充電系統(tǒng)可迅速提高復雜度，從而滿足能源傳輸優(yōu)化和通信的多樣化需求。 (資料來源：Texas Instruments)

標準解決方案

現(xiàn)成的標準化無線充電解決方案建立在工業(yè)標準接受度不斷提升的基礎上，這些工業(yè)標準定義了無線充電協(xié)議的基本要求。 雖然標準接口意在實現(xiàn)用戶移動設備和不同供應商基站之間的互操作性，但卻是以兩種無線充電技術—感應充電和諧振充電為基礎。

感應充電要求發(fā)射器和接收器嚴格對齊，但是通常比諧振充電效能更高。 另外一方面，諧振充電對于對齊方式及發(fā)射器和接收器之間的距離要求并不嚴格，并且能夠同時為多臺設備充電。 包括無線充電聯(lián)盟 (WPC)、電力事業(yè)聯(lián)盟 (PMA) 和無線電力聯(lián)盟 (A4WP) 在內(nèi)的行業(yè)標準組織目前正處于開發(fā)互操作性功能的早期合作階段。

盡管最初的設計著眼于數(shù)量龐大的消費應用，但這些標準方法無形之中已成為可穿戴設備無線充電解決方案的基礎。 例如，盡管 WPC 的 Qi 標準通常使用較大的 A11 50mm 發(fā)射線圈，但設計師可以使用電阻較小的小線圈來避免過多的電能損失，從而獲得更好的性能。 例如，30 mm 直徑的 TDK WR303050 具有 0.41 Ω DC 電阻，其外形尺寸和電能傳輸水平更符合很多可穿戴設備的要求。

在無線充電的電能控制方面，Toshiba TB6865FG 和 TB6860WBG 等器件充分地補充了現(xiàn)有零件的基于標準的功能。 與其他此類產(chǎn)品一樣，Toshiba IC 產(chǎn)品廣泛集成了所需的多種性能以簡化設計，僅需少量的外部組件就能夠支持符合 WPC Qi 標準的無線充電系統(tǒng)(圖 3)。

Toshiba TB6865FG 發(fā)射器和 TB6860WBG 接收器圖片

圖 3： Toshiba TB6865FG 發(fā)射器和 TB6860WBG 接收器等器件集成了所需的多種功能以簡化基于標準的無線充電系統(tǒng)的實現(xiàn)。 (資料來源：Toshiba)

TB6860WBG 接收器將調(diào)制和控制電路系統(tǒng)與整流器電能采集、內(nèi)置的高性能 DC 至 DC 轉(zhuǎn)換器、可配置的鋰電池充電器電路，以及保護功能結(jié)合。 它的 TB6865FG 電能發(fā)射器集成了 MCU 和廣泛的模擬功能，包括 PWM 電路、開關控制、板載濾波器和前級驅(qū)動器電路。 TB6865FG 能夠分別控制兩組線圈，讓用戶可以同時為兩臺移動設備充電。

Freescale Semiconductor 圍繞 32-位 56800EX 內(nèi)核構建基于 Qi 標準的 MWCT1000 和 MWCT1101 發(fā)射器。 該處理器在設計上可提供 MCU 功能及以及 DSP 處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的功能并且在有源模式下耗電量不超過 30 mA. 該器件僅需 30 mW 的待機電能就能夠發(fā)揮探測附近的接收器的功能。 在電能傳輸過程中，F(xiàn)reescale 器件的效能可超過 75%。 除了 MWCT1000 與 MWCT1101 之外，F(xiàn)reescale 還推出了面向汽車應用的 MWCT1001A 和 MWCT1003A。

Texas Instruments 在 BQ50xxx 發(fā)射器和 BQ51xxx 接收器系列中推出了很多器件。 其中 BQ51221 同時支持 WPC 和 PMA 標準，而 TI 接收器系列中的大多數(shù)器件都采用符合 WPC Qi 標準的設計。 在這些符合 Qi 標準的器件中，TI 產(chǎn)品系列包括穩(wěn)壓輸出電平為 5 V(BQ51013A 和 BQ51013B)、7 V(BQ51010B)和 8 V(BQ51020 和 BQ51021)的 5 W 接收器。 該系列中包括 BQ51050B(4.2 V 輸出)和 BQ51051B (4.35 V) 在內(nèi)的其他成員集成了鋰電池充電器—為可穿戴設備提供了全面的電能管理方案。

TI 的 BQ51003 面向低功率應用而設計，是一款非常適合可穿戴設備的 2.5 W 接收器。 通過將 BQ51003 與低功率線性充電器(如 TI BQ25100)集成，設計師能夠?qū)崿F(xiàn)采用集成鋰電池管理的完整無線充電接收子系統(tǒng)。 對于鋰電池充電，BQ25100 能夠精確控制低至 10 mA 或者高達 250 mA 的快充電流，并可低至 1 mA 精確終止充電，以支持小型紐扣式鋰電池。

在發(fā)射器方面，Texas Instruments 的 BQ500211A 和 BQ500212A 提供完整的 Qi 標準功能，包括能夠持續(xù)監(jiān)測正在進行的電能傳輸?shù)男埽蕴峁┩馕餀z測 (FOD) 和寄生金屬物體檢測 (PMOD)。 除了提供 FOD 和 PMOD 功能之外，BQ500410 還支持具有三線圈發(fā)射器陣列的自由定位設計。 對于低功率發(fā)射器設計而言，BQ500210 能夠以低至 8 mA 的供電電流工作。