pg下载麻将胡了安卓专属特惠.安卓应用版本.中国 扩展无线电力传输以实现更高的功率传输

在过往的十年里头，无线电力传输这项功能，已经于各类商业应用、工业应用以及汽车应用当中，获得了广泛的采用。市场的趋势，正在转变为朝向需要更高功率充电的、依靠电池来供电的产品。需要进行充电的产品的数量，处于增加的态势；，对于快速充电、大容量电池的需求，同样也在上涨。 。

如今的无线充电设计，能够给出比手机以及可穿戴市场所需要的功率，高出许多的功率。现代手机的功耗竟然可达50W，然而因热限制，其使用时间是极为有限的。另一方面，像笔记本电脑、平板电脑、便携式厨房电器、电动工具、机器人和无人机，还有轻型电动汽车这些真正的高功率应用，是能够维持更高的功率输出，并且长时间进行充电的。

然而，超出Qi扩展功率配置文件（EPP）的更高功率设计，通常被视作复杂且成本高昂，因为标准仍在持续发展，致使互操作性和共存问题出现。讨论较多的挑战，与IEC - 62368对消费类便携式设备的触摸温度限制的安全要求相关。除了高效的充电子系统之外，这还意味着需要动态异物检测（FOD）功能，用以确保在整个负载范围内（含瞬态）充电之时提供保护。所以呀，存在于发射器Tx与接收器Rx之间的，那种稳健的通信协议，也就变成了此类大功率充电的基本要求呢。

为了达成更高功率无线充电的那些严苛的系统以及法规规定，英飞凌研发了种类繁多的高度整合的无线充电IC，它涵盖了带有片上32位ARM Cortex-M0处理器的USB-PD/PPS接收器，还有128-KB闪存、16-KB RAM以及32-KB ROM，它们还配备好些模拟和数字外围设备、集成栅极驱动器以及DC/DC控制器。这些IC，与之一起提供的、是基于英飞凌高功率充电协议的系统解决方案以及软件堆栈，其具有独特的识别功能，还有可配置的保护功能，目的在于维持安全的高功率充电环境。除专有模式外，英飞凌的WLCx系列产品pg下载麻将胡了安卓专属特惠.安卓应用版本.中国，还支持无线充电联盟 (WPC) 的Qi EPP (≤15 W) 规范1，以此来实现兼容且可互操作的解决方案。

在下一部分里，我们会概述典型的无线电力系统，会阐述设计热管理解决方案的一些见解，会深入探究线圈设计，还会概述英飞凌的解决方案功能以及几个应用，以此来解释为何无线充电对任何环境下的大功率产品而言，都算是合适且便利的选择 。

无线电力系统和设计考虑

无线电源系统，属于独特的电源管理解决办法，涵盖混合信号模拟，还有数字传感，以及通信电路，另外包括AC和DC电源转换级，关键之处在于，软件堆栈能够于Tx和Rx端之间给出稳妥的握手，图1里的框图展示出典型高功率感应无线系统的主要功能块。

图 1：无线电力系统框图

于图 1 里，输入电源会是借助 USB-C（PPS 或者 PD）的直流电源或者固定轨电压电源 ，此电源能够径直传递至中间 DC/DC 稳压器 ，或者由其进行转换 ，用以给 DC-AC 电源逆变器供电 ，逆变器运用 L P 和 C P 串联谐振回路生成交变磁场 ，从而把电力传输至接收器。在系统的接收一侧 ，串联谐振元件 L S 和 C S 把输入磁场转变成电流 ，大功率整流器将交流电流转变为直流电压 。稳压器输出，其作用在于给负载供应稳定直流电压，负载涵盖产品pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc，或者是电池充电器的专门工作功能 。

有几个附加项的典型无线电力系统 (≤15 W) 要符合高功率解决方案 (>15 W) 的要求，首先是提高磁体性能的需求增多，目的是减少功率损耗与之在传输中因功率损耗产生的相关热量，大功率设计的附加指南包含额外安全和程序，用来防止假冒设计产生或提供大功率，并且它会确保适当的 FOD 机制就位，从而安全有效地给接收器及其负载提供高功率。多数终端产品会运用 Rx 输出给电池充电，然而，能够存在自主的应用程序，像泳池照明以及卫洗丽，在其中无线电源仅是于没有电池的情形下为负载供电的一种方式。

更好的热管理设计：冷却选项

对于高功率无线系统，有人担忧其发热以及效率方面，或许会对满足安全要求形成阻碍，又或者造成延迟。即便如此，借助设计散热以及优化效率，这些状况依旧能够得到缓解。为了能够更深入地领会热捕获以及冷却的途径，图2呈现出了Tx - Rx耦合感应式无线充电器的完整叠层 。

图2：典型无线充电系统的叠层

就 PCB 而言，其物理结构会对系统工作温度产生影响，什么会影响最终工作温度呢？连接到功率元件的铜表面区域以及电路板厚度会有影响。较薄的 PCB 设计会在内层之间传递更多热量，这是因为其具有较低的热阻以及较大的面积。和与铜层之间有更多电介质 FR - 4 的较厚 PCB 比起来，设计较薄的 PCB 能提高热性能。另外的解决方案有添加风扇，以此强制气流穿过电路和接口（图 3）。 ，。若是采用强制空气，借由设计凹槽，从而使空气能够流过，或者运用允许空气自由流动的半多孔材料，于界面当中提供隧道，或者提供气流通道，这一点是极其关键重要的。

图 3：利用通道允许来自 Tx 的接口处的气流的示例

处于不断发展的更高无线功率市场的此阶段，常见应用是手机，某些手机功耗可达50W，不过持续时间极为有限，随着新兴市场形成，笔记本电脑、机器人及其他类似大功率应用能无限期维持电力输送，另外，因充电座和设备通常很小，若不通过风扇把较热空气从产品界面（测量触摸温度之处）移走，高功率耗散会是一项挑战。

图3展示了怎样去创建空气通道，以此来允许强制空气经由Tx电路并抵达接口。它能够在不对接口间距或者功率传输造成干扰的情况下，冷却两个线圈。空气是从Tx侧被吸入的，Tx以及Rx上面设计了空气通道，目的是拥有更大的表面积。如此一来，接口处的压力便会降低，所有的强制空气都会在接口处排出，进而同步冷却Tx和Rx线圈。

更好的热管理设计：提高线圈效率、布线

在感应式无线充电系统里，突出的一个热问题是磁性本身 。所以 ，提高效率的主要想法是采用质量更高的 Rx 线圈 。比如 ，和多股线或者 PCB 线圈相比较 ，具备纳米晶屏蔽层的李兹线线圈能够显著降低界面温度 。通常得在成本与性能之间做权衡 ，其中性能出色的利兹线 Rx 线圈设计常常是昂贵的，而 PCB 型线圈成本低且有效率 。

纳米晶屏蔽会在更薄的材料里产生高饱和水平，且与标准的烧结铁氧体磁芯相较性能更具优越性。使用PCB型线圈时，使用较重的铜箔有益，所谓较重的铜箔指的是2盎司或4盎司铜，而非大多数柔性PCB基板上的标准0.5盎司铜。因为这些导体承载高电流且通常相对较大，所以它们被用作散热器以及电流导体。为此pg下载麻将胡了，一种基础的缓解办法是把大铜层连至Tx和Rx线图触点，以及诸如功率MOSFET、电感器和IC等其他发热根源，在此情形下，大量铜平面的区域对于吸收电子设备因功耗而产生的热量而言具备不可或缺的重要性。

图 4 呈现出了 WLC1x 高功率四层 Rx PCB 的布局情况，在此布局里，显示出 Rx 线圈触点有多个相互缝合在一起的平行平面，还有多个过孔，其目的是借助每个平行平面来传输电流以及热量。所有的交流载流节点（LC，或者 L S 和 C S，公共连接节点以及 AC1 和 AC2 节点），如同图 1 所展示的那样，应用于在大功率设计当中传递热量及电流。需要注意的是，线圈触点（顶层，黄色触点）连接到了 LC 节点上的全部四层和 AC2 节点上四层里的三层。此外，在空间条件允许之时，AC1 将被复制到四层以内的三层当中。借助多个彼此平行的通孔，这些技术能够极为显著地降低热阻。所以，和这些节点相接触的全部组件，其工作温度均偏低。还需要注意的是，每一个整流器 MOSFET 在漏极连接焊盘以及引脚里面，都布设了一个可由九个热和电流传输过孔共同组成的阵列。

图4，是WLC1x交流节点布局的示例，其采用平行平面的方式来分布热量，并且以此降低电阻。

共存设计：更高功率，向后兼容 Qi

实际上，存在若干因素，会对Tx以及Rx感应电力传输系统的选择，或者设计标准产生影响。为了将此问题予以简化，我们提议，从标准WPC所定义的扩展功率线圈，也就是像MP - A2或者MP - A11这样的线圈开始着手，接着去匹配谐振槽设计规范，以此来维持与标准Qi Rx设备的兼容性，并且便于实现高功率的供应。事实表明，这些线圈能够与互操作性平台 (IOP) 一同正常运作。因采用大规格利兹线。其载流能力足可以提供更高功率。且不会在线圈里引入过多功率损耗亦不会在大型铁氧体屏蔽中引入过多功率损耗。选其中一个标准线圈。或者根据特定系统要求进行一点小修改之后。应开启 Rx 线圈的设计（针对配对系统）。

当解决方案要创建自定义线圈时，要注意，当组合气隙，也就是 Rx 和 Tx 接口高度，或者是线圈到线圈面对表面的空间，在 3 到 8 毫米之间时，无线电源系统会呈现出性能，性能取决于终了时的几何形状。这能够助力确保耦合系数处于 0.5 和 0.85 之间，这是感应无线电力系统的关键点。所以，当 Tx 和 Rx 线圈电感维持在彼此大概 ±25% 的范围之内时，这能让设计达成适当的互感值。另外，它保证了增益曲线不会过于陡峭，也不会过于浅淡，从而在整个工作电压以及 frequency range 内，准许恰当的功率调节步骤。

基于谐波近似（FHA）分析，能够针对诸多参数以及多数操作模式开展建模与仿真工作。英飞凌的高功率Tx设计指南2涵盖务必的推导内容、推举的模型以及全方位的系统设计指南。比如说，这本设计指南能用以创作出图5所展现的图形。在该图形里，典型的Tx线圈功率同频率斜率的关联体现出增益怎样对工作频率的变动作出响应。为了能够对于Rx侧的频率（抑或是电压）的变更给出可预料的回应，运用美观的线性曲线。然而，针对相同的频率步长，陡峭的曲线以及指数曲线能产生可变化电力公平变化，这会致使控制回路更为复杂。 ，这会使控制回路更加复杂。

图5，有20V输入的感应无线电源系统，其典型功率与频率曲线，还有输出的感应无线电源系统的典型功率与频率曲线 。

检查图5，考量MP - A2无线电源Tx规范，我们发觉工作频率范围限定于110至148kHz。经由查看曲线，非常明显，在此区间内，响应随频率变动呈线性改变，并且给Rx提供足量的功率。把这立为设计计算器2的目标，采用 FHA仿真对线圈设计有帮助，而不用运行繁杂的磁学仿真（虽说这些仿真一直都被提倡）。应用 Tx 设计指南之后，能够借助以下指南在开展模拟或者进行设计计算之际生成 Rx 线圈原型，借此加快设计阶段进程 ，进而着手缩小最终磁性设计的范围 ：

Tx线圈的几何形状（内径以及外径），应当处于Rx线圈几何形状（内径与外径）彼此范围上下浮动正负百分之二十五的区间之内，。

匝数应相似（±3 以内）。

自由空气电感应在彼此的 ±20% 范围内。

Rx屏蔽当属纳米晶体或断裂铁氧体类型，且需尽可能厚，多2毫米便足矣。

相对磁导率 (μ r ) 应在 500–900 范围内。

应化交流以及直流电阻。借助在PCB用上利兹线，或者多股导线，又或者宽带/厚铜箔，能够增添导体的“皮肤”量。

在理想的状况之下，屏蔽应当是具备连续性的，而且要超过线圈的外径，至少达到一毫米，至多为三毫米，前提是空间条件是允许的。

通过依照这些指南，耦合因子、互感以及磁场体积会适宜运行并给出恰当的有源区域，而非繁杂艰巨的迭代模拟方式，这些规定旨在即刻备好线圈原型，意在借助核验所需负载与相应压力之下的效率情况、所需的瞬态响应以及通信中要求达到的保证程度来达成相关测试以及最后的设计调试环节，建议获取一些具备不一样磁导率属性跟电感的变化的 Rx 线圈原型，并且在条件允许的状况下针对气隙展开试验，以此来寻觅到对应的配置以及线圈设计的方案，至于有关控制方程式的别的详尽的信息以及说明内容，需要通过拜读 WLC1150 设计指南来获取。

下一个关键设计抉择会是，在明确所需输出功率之后，确定工作电压。接着，输出功率能够用来算系统其余部分返回至Tx的输入直流电源产生的功率损耗。这会开启热建模，还能辅助判定MOSFET的电阻以及R DS(on)值的限度。需要留意的是，借助让系统在尽量高的电压下运行，减小电流以及相关的I 2来达成I R功率损耗的降低。比如说，50W输出适宜采用2.5A时的20V输出，而非5A时的10V输出。较高的整流器电压所需的整流器电流较低导致线圈电流较低，大部分 Rx损耗在这两者中发生。均方根 Rx线圈与整流器电流约为1.11乘以整流直流电流是个不错假设，波形相当正弦。同样，WLC1150设计指南2提供了对高功率无线发射器设计工作点的全面洞察、建议及估计。

要是使用这些参考指南的话，就能够对整流器MOSFET，还有Rx LC槽路施行功率损耗估计，另外，对于Tx预调节器（使用情况而定）、逆变器以及Tx线圈同样可作此估计 。很显然了，线圈当中的交流损耗占据着主导地位，所以呢，应当借助使用更粗的利兹线、多股绞线要么平行的厚铜PCB走线，以此尽可能地去降低这个电阻，从而创建Rx电感器，与此同时满足终产品的成本以及厚度要求 。

去到输出端那儿，一旦把输出功率以及电压给确定好了，那就得去考虑V rect跟V out之间的后置稳压器。通常来讲，针对于高压输出（大于15 V）这种情况，LDO类型的输出效率更为高些，原因在于V rect跟V out之间的差值处于0.2 V以内了。所以，输出调节器损耗以及线圈电流将会被简化。把输出级功率计算给简化掉了，借助功率和电压能够计算出整流器直流电流。之后能够寻得整流器以及 Rx 线圈电流，鉴于其差不多等同于输出电流，（控制器 IC 静态电流与开关电流一定要计入输出电流来获取整流电流），所以会这样。

对于将使用

一旦对系统的 Rx 端做了估计，便能够在开展热建模之际挑选并设计适宜的组件。最终组件或许会在数次设计迭代里得以确定，随后 PCB 设计或许就会启动。运用确定好的 Rx 线圈电流以及耦合系数（采用 k ≈ 0.65 是应对未对准充电状况的良好参考），此刻能够借助以下方式估算 Tx 线圈电流以及功率计算（假定依照上述线圈参考）WLC1150 设计指南。 2个。

Tx 线圈能通过设计指南并结合选定的输出功率、输入/输出电压予以确定，逆变器电流同样如此。再者，能据此选择 Tx 线圈交流电阻、Tx 线圈以及逆变器 MOSFET 来达成效率目标。需要留意的是，有着较低 RDS （on）的 MOSFET 具备较高的寄生电容，进而会使开关损耗增加。所以，单纯地降低 RDS（on）并不能总是带来更优的性能 。一般来讲，MOSFET 的 R DS(on)处在 10 至 20 mΩ 的这样一个范围，能够在开关所产生的损耗以及传导所产生的损耗二者之间达成一种合理的平衡状态，它是无线电源系统理想的选择对象。对于那种在直流输入以及逆变器之间具备预调节器的系统，也就是可变电压或者混合可变电压和可变频率的系统而言，需要去设计 DC/DC 调节器，目的在于处理与 V 的宽输入到输出差异，BRG 的范围是 4 V 至 19 V，该调节器被设计用来提供至少 3 A 的电流。需留意，V BRG要被设计成，在规定的V IN电压范围之内进行工作，此范围一般是12 V至20 V 。

在当下，能够借助把 Rx 输出功率除以目标系统效率这种方式，简便地估算 Tx 输入功率（其中李兹线线圈的效率是 90%，PCB 线 Rx 线圈的效率是 85%，也就是要除以 0.9 或者 0.85）。接着运用设计计算器估算 BRG 功率（要是使用 WLC1150，那么假设给逆变器供电时损耗为 4%到 5%）。于放置 MOSFET 之际，应当采用多层连接到漏极以及源极。再者，需采用宽铜平面把热量传导至 PCB，于此处热量能够扩散开来用以降低设备的工作温度。图 6 里的简化图示呈现出经由将实心铜平面与多个过孔相连至内层来达成热分布而构建的热路径。外层具备有效性，不过也应当尽可能地运用内层。

图6展示的，是，从功率元件到PCB的热传播路径。此路径分布于内层，且分布于外层，其目的在于，降低工作时产生的温度。

典型的无线电力系统存在一些用于从标准功率水平转移至高功率领域的附加功能，其中包括但不限于有更快的 FSK 模式，此模式用于减少向 Rx 发送消息所需的通信吞吐量，强制身份验证或少用软凭证检查且至少使用加密也很关键，可预防假冒产品以高功率供电和充电现象，这么做主要是为防止损坏高压敏感电子设备，还要将逆变器及整流器的电压与电流局限于安全值 。

若初级 LC 槽控制不当，会致使逆变器 LC 槽内以及整流器上电压过高。那些大功率系统经精心设计，要避开致使可能损坏的操作情形。然而，假冒解决方案或许没那么谨慎，要是输入磁场强度过强，强到 Rx 无法处理，或者持续很长时间，此时出现突然的耦合改进或者大的瞬态负载突降，这可能具破坏性。这些系统设计成具备无功功率钳位，以便在需要时吸纳多余的输入能量。

当前趋势和英飞凌的解决方案

除了被设计成以50瓦特进行安全充电之外，英飞凌WLC1150 Tx解决方法还具备一些有着差异的关键功能，能够安全地给出更高的功率，这些包含：

高电压（高达 24 V），具有高侧电流感应

集成 USB-PD 控制器

USB-C PPS 适配器的直流电压控制

用于全桥逆变器和 DC/DC 的集成栅极驱动器

自适应 FOD 算法

使用全栈软件的可定制配置

基于输出功率水平的安全磁场工作范围

此外，英飞凌还给出一整套完整的解决方案，其中涵盖即将推出的 WLC1x Rx ，该产品支持后置稳压器的 LDO 或者降压输出，所以，能够凭借成本以及电源类型对变送器作出调整（图 7）。

图7，存在一种WLC1x高功率解决方案，此方案带有MP A2功率发送器，还带有接收器 。

具备高功率的无线系统，对诸如笔记本电脑、吸尘器以及无人机这类大型设备而言，在供电以及充电方面极具用处，这些设计，相当契合高湿度环境，或者是那种因缺少暴露触点而预估会出现冷凝状况的环境，这些设计同时还降低了与ESD相关的故障，原因在于电子设备与通常存在静电的外部环境得以进一步隔离。

高功率解决方案作为低功率解决方案的作了放大的那种，依然依赖相同设计基础，他们得留意PCB的布局与布线，特别是开关稳压器的电流环路区域，此外，关键是运用宽铜平面来减小传导路径里的I2R压降并把热量从功率元件散开，该系统采用依托操作条件具备可变调制深度的稳健带内通信方案，借助配对的Tx和Rx线圈对把高功率可靠、安全且便利地传输至任何负载 。

于工业环境里，这些系统很棒，因其能消除电线与电缆的需求，并且支持持续数年的无腐蚀充电。高功率设计稍复杂些，需用更高额定电流以及更低电阻的组件来减少整个系统的功率损耗。然而，依照本文的建议以及英飞凌的高质量参考设计和设计指南，能够高效地设计它们。

高功率无线系统要想最大限度提升性能，就需要开展多项改进，然而从15W到50W按顺序的步骤，不会致使成比例的设计时间或者挑战。在运用英飞凌的高功率解决方案来提供当今市场上的无线功率时，借助对一些关键组件做较小的缩放，能够达成所需的功率增加。