使用无线电源，以提高便利性的可穿戴设备.doc

使用无线电源，以提高便利性的可穿戴设备可穿戴设备正迅速崛起为一个重要市场领域的电子设备。这些设备的一个关键要求是方便，不只是在访问数据的移动，但要确保它有足够的电池续航时间将持续一整天，而这样做，每天的能力。如果用户插入一个设备连夜它充电，有很高的概率，他们会忘记在某些情况下醒来的时候，发现该产品是无法保持活跃的一天的休息。无线充电提供充电电子装置的更方便的方法。取代必须插入一个迷你USB或类似的电缆插入设备，它可以被放置在充电垫，用户可以保持在易于访问的位置。如果无线充电系统被适当地设计，多个设备可以充电在同一垫，减少重复，使用户更容易取设备和充电器在旅行时。身打扮不是唯一的类型，可以从无线充电中获益的电子设备。该技术已经广泛地用于电动牙刷和甚至被放大到在电动车辆电池充电。感应式充电的工作原理相同的基础电力变压器上。在垫的感应线圈产生一个已被拾起一个次级线圈中的装置中的交变电磁场被充电那里它被转换回可用的电流。象传统的变压器，基本感应充电需要在线圈之间接近，以提供高效率。否则，大量的损失所用的初级线圈通过电阻积聚。在更长的距离的能量传递的效率可以通过使用谐振感应耦合的使用，它们通过电感和电容负载的组合调谐到谐振在相同频率的两个线圈来改善。该共振使显著功率从一个线圈发送到另一以上的距离长达线圈的几倍的直径。图1：负载调制用于数据跨越所述变压器耦合进行编码。线圈电路的Q可以被调谐为高，使得一个相对激烈字段建成多个周期。在这个振荡信号的功率比被送入线圈在任何一个时间更高。作为二次线圈可以收到此振荡场的一小部分，并将其转换，功率传递的量是比用常规的变压器更高。使用电容变成为谐振抵消杂散电感和磁化电感中的发射机，减少了损失主要是线圈的绕组电阻，它们通常是间比的电感有关的损失低10倍和100倍。提供比以往的变压器较高的Q，线圈经常使用一个螺线管设计，这也有助于最小化皮肤的作用。介电损耗是通过使用低介电常数的绝缘体，或者只是空气典型地最小化。在实践中，线圈不总是调谐到精确的共振频率。松散耦合系统只要能传输电力作为二次相交的磁力线一个合理的数字。通过匹配线圈更紧密的耦合更精确地可以提供更大的权力，但它不可能保持这种设计在同一时间在一起工作，在共振紧密耦合的线圈。这些电路可以被设计来操作只是偏共振，其中接收机的谐振频率略有不同，以使发?射器。不幸的是，紧密耦合的线圈也未对准，这对消费者的应用中，用户只需要放置在垫子上的装置，而不必检查的最佳取向和位置成功再充电的问题敏感。因此，用于充电，发射机可以使用多个线圈。这增加了设计的复杂性，但提供了更大的自由定位。线圈不需要重叠，这在生产过程中简化了装配，虽然重叠线圈提供更大的密度和在接收器安置因此更多的自由。为了解决让单个发射机电荷不同设备的问题，需要的标准。目前正在使用的两个主要标准的今天。通过联盟无线电源促进了Powermat的系统是围绕基于单一发射器线圈松耦合系统而设计的。所述无线充电联盟的齐系统允许为许多不同的配置，包括松散地和紧密耦合的操作。大多数现有的发射机使用一个多线圈，紧密耦合配置。该标准也照顾能源管理，以确保充电垫没有被激活，如果没有要充电。例如，齐系统中使用的通信协议来中继横跨线圈信号来检查设备的存在，它是齐兼容。该标准允许的发射机，以改变开关频率横跨线圈110千赫之间，以205千赫兹的主要机制，用于控制电力输送。齐使用线圈电压的简单负载调制来发送数据到该单元上的空气间隙的另一侧。从次级线圈通信使用的差分双相位编码方案，从2千赫的固定频率下操作，以启动位每8位传输之前加入。传输之后是奇偶校验和停止位。图2：双相位编码提供发送二进制数据的能力。有若干控制数据包可被发送。最常用的包的类型有：信号强度;控制误差;结束电源的要求;和纠正功率电平。信号强度被用来帮助对齐在充电垫的是，随着一个视觉或听觉信号一起使用时，提供了指导到单位左右移动垫，直到信号足够好的指示良好的功率传输的用户设备。在控制错误分组指示错误的输入电压看到的接收线圈和它所需要的程度。发射机通常使用控制回路来调节提供给它的线圈上的电压。如果误差较大，则错误的数据包的频率被设置为更高的量。数据包将被送到每32毫秒，直到误差减小到阈值内。从这一点出发，将数据包发送每隔250毫秒。控制错误的数据包是调整电力输送有用。在轻负载时，接收器可以请求一个更高的电压，以便能够应付电流瞬态 - 如果可穿戴设备从睡眠中唤醒，例如。在更高的负载电流时，便携式设备可以请求一个较低的电压，以避免在LDO稳压器的功率损耗。当该装置被完全充电或感测的内部故障，可能损坏电池，它发送一个最终功率请求。功率传送也通过在整流的功率消息来控制。此中继，该可佩戴装置接收在其整流电路的输出功率的量。发射机使用该信息来确定偶联效率并且还制定出接收机是否已经达到它的最大功率限制。发送的每个350毫秒到1800毫秒，所述发射机使用的情况下该数据包，以确定是否该装置已经从垫去除。整流功率消息也有助于与国外物体检测。芯片组，支持齐协议和控制电力输送相继出台。一个例子是东芝TB6865AFG为发射机。此高集成部分包括一个ARM Cortex-M3处理器来运行的自定义代码和PWM控制器，以支持用于电力输送的外部H桥?电路。所述控制器可以根据所述齐标准规范控制电源最多两个设备并支持异物检测。德州仪器bq51013设计用于次级侧，提供交流/直流功率转换和调节一起发送命令到发射器所需的数字控制。整体bq5101x家族的成员采用的低电阻同步整流器，LDO和电压和电流回路的控制器。除了控制器，制造商提供支持琪协议，旨在作为发射器，接收器或两者现成的线圈。例如，AWCCA-50N50系列从ABRACON支持发射器和接收器的应用程序。线圈的直径为略低于50毫米，高导磁率屏蔽装置内的保护电子。这些设计提供的Q因数的选择：要么在70或160的范围内，将提供约20毫欧或70毫欧的直流电阻，分别。对于较小的可穿戴设备，TDK具有WR303050线圈，这降低了线圈包的大小为3030毫米，厚度为只有1毫米。直流电阻是0.41在室温下。威世戴尔IWAS-3827提供的接收器与一个矩形的选择，而不是方形足迹设计的灵活性，测量38毫米其长边27毫米的短边。厚度为1毫米和线圈提供的0.18的直流电阻为30的典型Q值。图3：日前，Vishay戴尔线圈无线供电。为了提供更集成的解决方案，TDK的TMX-66-2M7和TMX-58-2M7可以用德州仪器接收机芯片进行封装，对于66毫米的总长度和厚度只有1毫米。其他无线充电选项从伍尔特电子它提供了多种WPCC和WE-WPCC系列无线充电线圈。这些线圈可在发射器和接收器的配置，以额定电流为0.8至13A，和各种尺寸，以适应应用的需要。的概念和无线充电的?好处是可以使用伍尔特/ TI无线电源演示套件（760308），其中包括伍尔特发射器和接收器线圈来证明。作为生态系统围绕协议，如奇扩大，我们可以期待更多的集成解决方案出现，以减轻对设计收费为可穿戴设备更简单的方法的工作。