1, 無線充電概述

　　無線充電技術(shù)在消費(fèi)類市場表現(xiàn)出巨大的潛力。在不使用連線的情況下給電子設(shè)備充電不但可為便攜式設(shè)備用戶提供一種便利的解決方案，而且還讓廣大設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ふ业礁邉?chuàng)新性的問題解決方法。許多電池供電型便攜式設(shè)備均能受益于這種技術(shù)，從手機(jī)到電動汽車不一而足。

　　目前，無線充電技術(shù)主要有兩個聯(lián)盟A4WP和WPC。A4WP是以三星和高通牽頭的6家企業(yè)成立了無線充電聯(lián)盟，而WPC主要有TI、三星、HTC、LG、海爾等109家成員。WPC主要是采用線圈耦合的方式來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，目前主要為5W產(chǎn)品的低功耗應(yīng)用制定規(guī)范，也在嘗試為高功率產(chǎn)品制定規(guī)范。它可實(shí)現(xiàn)在一個平面上為多個電器進(jìn)行充電，充電板的發(fā)射端與充電產(chǎn)品接收端距離為5毫米。而A4WP正在促進(jìn)共振方式無線充電技術(shù)的發(fā)展。充電板與智能機(jī)裝置擁有同樣頻率的共振線圈，通過共振來充電，因此即便智能手機(jī)不與充電板接觸也可進(jìn)行充電。另外，該技術(shù)無需考慮電波，可為多臺智能產(chǎn)品同時充電，并可通過非金屬表面的物體進(jìn)行充電，使用起來非常方便。

　　除了兩大聯(lián)盟的技術(shù)方式外，也存在其他幾種充電方式，比如以Wildcharge、Duracell兩家公司為主的傳導(dǎo)式充電、Powermat和Palm的無線充電技術(shù)，以及以Powercast公司為代表的RF射頻充電技術(shù)等等，但無線充電方式還遠(yuǎn)不止這些。

　　2，WPC介紹

　　3，基于PSoC1的電力發(fā)送器設(shè)計(jì)

　　電力發(fā)送器（其通常為一個平面用戶將電力接收器放置在上面）連接至電源。符合WPC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備線圈起到了一個50%占空比諧振半橋的作用，其輸入為19-VDC（±1 V）。如果電力接收器需要或多或少的功率，則線圈頻率會發(fā)生變化，但會保持在110到 205kHz 之間，具體取決于功率需求。

　　如第二部分介紹，電力發(fā)送器的關(guān)鍵電路是用于向電力接收器傳輸電力的線圈、驅(qū)動線圈的控制單元以及解調(diào)線圈電壓或者電流的通信電路。圖2是采用Cypress的PSoC1對線圈的控制及驅(qū)動電路，它采用的是A1設(shè)計(jì)。

　　圖2， WPC電力發(fā)送器驅(qū)動電路

　　其中，LM5107是線圈驅(qū)動芯片， 20N06HD是MOSFET管，Cp（約為100nF）是電路所有電容總和，Lp是線圈，A1設(shè)計(jì)中其值為24uH。

　　電力發(fā)送器的通信部分主要為解調(diào)來自電力接收器的電壓信號，并解析數(shù)據(jù)包。通信過程中采用的是差分雙向編碼（differential bi-phase encoding）方式，每個碼元持續(xù)時間開始時電平都發(fā)生躍變，如果在半個碼元持續(xù)時間后電平再次躍變，則代表1；而在整個碼元持續(xù)時間內(nèi)電平不發(fā)生躍變，則代表0.如下圖3所示：

　　圖3，WPC通信編碼

　　在PSoC Designer中實(shí)現(xiàn)的原理圖如下圖4所示，

　　圖4，PSoC Designer設(shè)計(jì)原理圖

　　從上圖可以看到，對線圈的驅(qū)動控制采用的是PWM模塊PWMDB8_1，其與Port2_5和Port2_7相連以驅(qū)動控制LM5107芯片。 解調(diào)來自電力接收器的電壓信號，PSoC1使用了4個元件(Decode_Timer，PGA_1， COMP_1和OneShot_1), Decode_Timer模塊用來計(jì)時，PGA_1對接受到的微笑信號放大， COMP_1把模擬信號變數(shù)字信號，OneShot_1對信號進(jìn)行同步并產(chǎn)生中斷，軟件就根據(jù)Decode_Timer計(jì)算的OneShot_1兩次中斷的時間間隔來解碼協(xié)議。當(dāng)兩次中斷間隔為：

　　1T----解碼為邏輯1

　　1.5T----如果次收到1.5T間隔的中斷，解碼為兩個bit，邏輯1和邏輯0

　　如果第二次收到1.5T間隔的中斷，解碼為邏輯0

　　2T---解碼為兩個邏輯0

　　這里“T”為1bit傳輸時間

　　其軟件實(shí)現(xiàn)如下所示：

　　cur_time = Decode_Timer_COMPARE_REG;

　　if (cur_time > prev_time)

　　{

　　delta = 250 - cur_time;

　　delta += prev_time + 1;

　　}

　　else delta = prev_time - cur_time;

　　//estimate the delta between next samples taking into accoun timer overflow

　　prev_time = cur_time;

　　if ((delta > ONE_T_LOWER) && (delta < ONE_T_UPPER))/*1T*/

　　{

　　//ADD_BIT(1,WPTdata);

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT)

　　{

　　WPTdata >>= 1;

　　WPTdata |= 0x80;

　　parity ^=1;

　　}

　　else parity_received = 1;

　　bit_num++;

　　}

　　else if ((delta > ONEANDHALF_T_LOWER) && (delta < ONEANDHALF_T_UPPER)) /*1,5T*/

　　{

　　if(flag==0)

　　{

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT)

　　{

　　WPTdata >>= 1;

　　WPTdata |= 0x80;

　　parity ^=1;

　　}

　　else parity_received = 1;

　　bit_num++;

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT) WPTdata >>= 1;

　　else parity_received = 0;

　　bit_num++;

　　flag = 1;

　　}

　　else

　　{

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT) WPTdata >>= 1;

　　else parity_received = 0;

　　bit_num++;

　　flag = 0;

　　}

　　}

　　else if ((delta > DOUBLE_T_LOWER) && (delta < DOUBLE_T_UPPER))/* 2T*/

　　{

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT) WPTdata >>= 1;

　　else parity_received = 0;

　　bit_num++;

　　if (bit_num < WPTBITSCOUNT) WPTdata >>= 1;

　　else parity_received = 0;

　　bit_num++;

　　}

　　else

　　{

　　state = next_state = RX_ERROR;

　　time_out = TIME_OUT_ERROR;

　　return;

　　}

　　4，實(shí)驗(yàn)和測試

　　經(jīng)測試，該電力發(fā)送器工作正常，接收器能正常充電，PSoC1對線圈控制的PWM波形如圖5所示。

　　圖5，PSoC1 PWM控制波形

　　電力接收器發(fā)送的調(diào)制信號電壓及電力發(fā)送器為解調(diào)而產(chǎn)生的中斷信號波形如下圖所示：

　　圖6， 調(diào)制及解調(diào)信號

　　Channel2是電力接收器的線圈電壓，其附加了通信用的電壓，即調(diào)制信號；channel1是電力發(fā)送器為解調(diào)而產(chǎn)生的對應(yīng)中斷信號，軟件將根據(jù)channel1兩上升沿之間的時間間隔來解碼通信數(shù)據(jù)。

　　5， 結(jié)束語

　　本文對無線充電及WPC協(xié)議做了簡要介紹，并提供了基于PSoC1對WPC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。目前該方案能與標(biāo)準(zhǔn)的電力接收器通信工作，但其成品需要通過WPC規(guī)定的第三方的測試論證，所以到產(chǎn)品化還有一段路要走。