《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向無線快速充電應(yīng)用的調(diào)壓方案設(shè)計與實現(xiàn)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
傅桂娥1，2，徐圣楠1，繆 瑜2，張一晉1
1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210094；2.南京睿赫電子有限公司，江蘇 南京210094
摘要： 隨著科技的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏加快，對手機等移動設(shè)備的使用頻率不斷提升，使得普通的無線充電方案已經(jīng)無法滿足使用需求。因此，效率高且干擾小的無線快速充電方案急需走進人們的生活。DC/DC調(diào)壓是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電壓數(shù)字可控的調(diào)壓方式，因其效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用?；贒C/DC調(diào)壓原理分別設(shè)計出兩種應(yīng)用于無線快速充電的定頻調(diào)壓方案，并對電路參數(shù)設(shè)置進行理論推導(dǎo)，最后對設(shè)計的方案進行實現(xiàn)。性能測試及樣板充電實驗驗證了理論推導(dǎo)和方案設(shè)計的正確性和有效性，表明其具有重要應(yīng)用價值。
中圖分類號： TN710
文獻標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200734
中文引用格式： 傅桂娥，徐圣楠，繆瑜，等. 面向無線快速充電應(yīng)用的調(diào)壓方案設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(1)：91-95.
英文引用格式： Fu Guie，Xu Shengnan，Miao Yu，et al. Design and implementation of voltage regulation scheme for wireless fast charging applications[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(1)：91-95.
Design and implementation of voltage regulation scheme for wireless fast charging applications
Fu Guie1，2，Xu Shengnan1，Miao Yu2，Zhang Yijin2
1.School of Electronic and Optical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China； 2.Nanjing Ruihe Electronics Co.，Ltd.，Nanjing 210094，China
Abstract： With the development of technology, people′s life rhythm is accelerating, thereby increasing the frequency of using mobile phones and making the previous wireless charging solutions unable to meet people′s needs. Therefore, fast wireless charging solutions with high efficiency and low interference are desirable in people′s lives. DC/DC voltage regulation can achieve digitally controllable voltage, and is widely used because of its high efficiency and good stability. Based on the principle of DC/DC voltage regulation, this paper designs two fixed frequency voltage regulation schemes for fast wireless charging, theoretically derives parameter settings in the circuits, and finally implements them according to the designed schemes. Performance tests and model experiments validate the correctness and effectiveness of the theoretical derivations and scheme designs, and indicate the proposed schemes have important application value.
Key words : wireless charging；fast charging；constant frequency voltage regulation；DC/DC

0 引言

    隨著手機、智能手表等移動設(shè)備的快速發(fā)展，無線充電技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)從理論研究層面逐步走向商業(yè)化[1]。近年來，人們對于手機的依賴性越來越強，手機不斷耗電的同時急需快速充電，因此催生了無線快速充電技術(shù)的研究和商業(yè)化應(yīng)用。

    在傳統(tǒng)的無線傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射功率通常通過變頻或者定頻調(diào)占空比的方式進行調(diào)節(jié)。這種方式由于其不斷變化的頻率或占空比，可能會對充電設(shè)備造成干擾[2]，使得充電設(shè)備的充電效率差且充電過程不穩(wěn)定。作為手機行業(yè)的佼佼者，蘋果公司采用的無線快速充電方案即為定頻調(diào)壓方案，即固定工作頻率，根據(jù)動態(tài)的負載功率需求控制調(diào)壓單元，最終實現(xiàn)動態(tài)的功率輸出[3]。這種方案能讓無線充電對手機的干擾降到最小[4]，但要求實現(xiàn)多擋位的負載電壓精準(zhǔn)調(diào)整需要核心處理器(Microcontroller Unit，MCU)具備較高的PWM工作頻率，從而增加應(yīng)用成本及功耗，亦會影響產(chǎn)品的電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)[3]。定頻調(diào)壓方案雖然具有較高的設(shè)計要求，但能夠給用戶帶來更好的充電穩(wěn)定性、充電效率以及更安全的充電環(huán)境，因此在蘋果公司的推動下勢必會成為未來主流的無線充電方式[5]。

    目前，已經(jīng)有一些DC/DC調(diào)壓方法可以為定頻調(diào)壓方案提供借鑒。文獻[6]提出了一種通過DAC調(diào)節(jié)DC/DC輸出電壓的電路方案，能夠?qū)崿F(xiàn)DC/DC輸出電壓的數(shù)字可控。文獻[7]探討了基于DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)控電源設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)同一數(shù)控電源系統(tǒng)兼并恒壓恒流功能，且具有較高的輸出精度。

    基于以上設(shè)計，本文提出面向無線快速充電應(yīng)用的兩種定頻調(diào)壓方案：IDAC方案和PWM方案。它們的顯著特點是：(1)無需采用高主頻的MCU，只需通過MCU產(chǎn)生控制信號控制調(diào)壓單元從而實現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的電壓調(diào)節(jié)；(2)避免輸出級直接受到輸入電壓的影響[8]，使得搭載無線快速充電技術(shù)的產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定；(3)通過固定頻率調(diào)節(jié)電壓控制發(fā)射功率，可以有效避免無線充電對手機的通信干擾。實驗驗證了這兩種方案能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍的電壓調(diào)節(jié)，滿足蘋果手機的無線快速充電效果。




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作者信息:

傅桂娥1，2，徐圣楠1，繆  瑜2，張一晉1

(1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210094；2.南京睿赫電子有限公司，江蘇 南京210094)


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