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以dsPIC33CH实现多线圈的无线电力传输设计
 

【作者: 陳彥儒】2020年05月15日 星期五

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随着无线充电技术成为主流,无线电力传输已迈入快速发展阶段,应用市场也从智慧手机扩展到更广泛的应用和产品领域。无线充电的技术发展将以智慧手机为中心,逐步扩展到消费电子配件、汽车、基础设施,医疗和工业应用。


Microchip因应市场需求,推出基於dsPIC33CH双核心数位控制器来开发及制作多线圈无线电力传输的叁考设计,以利客户缩短开发时程。此叁考设计除了以dsPIC33CH来实现固定频率功率电源控制外,也包含了CAN通讯传输协定,可轻松整合到汽车环境中,甚至还可以实现NFC近距离无线通讯技术。



拥有双数位控器核心的dsPIC33CH将无线电源software stack、CAN-FD通讯协议、Buck-Boost电源控制、NFC software stack和加密认证软件一并整合及实现。所有的功能在两个核心之间进行分区,无线电力控制在一个核心上独立实现,而所有其馀功能在另一个核心上实现。这种分区有助於在单独的模组上进行独立的程式码开发,并可以同时执行Qi协议和其他功能。



图(二)为主要电源控制的方块图。串联谐振电路由来自直流电源VIN的H桥PWM开关装置驱动,以控制电压调制输出功率。


图(三)为无线电力控制软体的状态机。当输出负载小於5W,不须与功率接收端做额外功率协议,直接以预设的电源功率传输控制。若输出负载超过5W,须与接收端确认所需功率,并调节控制叁数以符合所需功率的供应。



图(四)为Qi通讯实际波形,先侦测是否有外来接收端,如存在接收端,则接着侦测是否有大於5瓦的功率需求。



由图(五)Qi的实际通信波形可得知,当接收端想要接收更大的功率,经由Qi的通讯传输协定进行要求提高功率至接收端,即可将传输功率慢慢提升至接收端所需功率。



由图(六)波形可知功率发送端经由4次PID控制叠代後,可达到其所需叁考电压值。


无线电力传输的安全性相当重要,如金属异物入侵的保护机制、感应线圈温升损坏与异常的中断处理。异物检测(Foreign Object Detection, FOD)为 Qi 认证标准中一项必须的安全与保障程序。除了Qi标准的Q factor外,此叁考设计还加入了侦测功率损耗及感应线圈温升损坏来加强其安全性。


如图(七)所示,当金属物质侵入,此时经由电源传输端与接收端的通讯时,即可得知实际传输功率损耗会增加,来达到异物侦测损坏保护的功能。



Microchip多线圈无线电力传输设计的相关资料,请叁考官方网站:https://www.microchip.com/Developmenttools/ProductDetails/15W_Multi-Coil_Wireless_Power,亦欢迎与我们经验丰富的设计团队联系。


作者 陈彦儒 Microchip 应用工程师


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