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无线发射器的创新设计推动Qi标准的发展

时间:2019-10-05 作者:Steve Taranovich 阅读:
NuCurrent目前为采用此设计的多个商用项目提供支持,希望其它制造商可以利用他们的设计和集成专长,将这一创新技术应用于家居、汽车、手机配件和无线充电基础架构市场。

NuCurrent公司一直致力于无线充电产品的开发,因此我对他们一向抱有好感。NuCurrent最初只是美国西北大学的一个研究生项目,主要研究如何为植入式神经刺激设备充电。2009年它转型为一家公司,到2013年的几年时间里,它一直专注于为植入式医疗设备提供无线充电。

2013年,随着无线充电系统、集成工艺和元器件的不断进步,他们开始在无线充电领域取得突破性进展。

过去几年,NuCurrent在无线充电领域取得了傲人的成绩:

● 与德州仪器共同开发了满足无线充电联盟Qi标准的A21线圈;
● 发明业界领先的磁性专利技术,制造了世界上最薄、最小、Q值最高的印刷天线NuIQ,通常可以实现20~70%的高Q /低ESR;
● 开发并认证了符合AirFuel标准、业界Q值最高和均匀度最佳的谐振器;
● 实现了功率需求范围为1mW至300W的全面系统设计;
● 开发了超精度硬件仿真器,实际精度达到±2.5%,缩短了验证时间,加快了产品上市;

● 宜普电源转换公司(Efficient Power Conversion)在其EPC9120展示系統中采用了GaN功率器件以及NuCurrent线圈。

那么,创新性如何?

NuCurrent最新技术

NuCurrent凭借其MP-A17发射器设计推动了无线充电联盟(WPC)Qi标准的发展,生产出该标准首款15W扩展功率配置(EPP)充电器,其z高度为12mm,约为已有标准的3倍。

NuCurrent的设计将在下一次标准组织会议上成为WPC规范的一部分,预计其第一个发射器设计会在12月8号的那个星期被添加到WPC的发射器网站数据库和WPC测试平台。

MP-A17

MP-A17是一种15W Qi标准充电线圈规范,它具有扩展的z高度和定位灵活性,由NuCurrent通过WPC规范工作组提出、设计、开发并推进。最终规范预计将于2019年9月推出(通过WPC季度会议)。

这种新的架构和软件配置增大了发送器和接收器之间的充电量,可根据不同的设计、使用案例和用户体验提供多种选择。

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图1:线圈参数。(图片来源:NuCurrent)

为什么MP-A17对无线充电行业很重要?

在NuCurrent推出这项设计之前,感应充电需要线圈精确对齐,并且线圈之间的间隔要非常小。第一款无线手机充电器受到了对齐、定位、充电速度和充电可靠性等缺陷的限制,因此在使用时需要不断调整手机的位置,直到建立良好的无线充电连接。

以前将无线充电线圈嵌入到梳妆台或床头柜常常需要切开桌面,然后把充电器嵌进去,而不能通过放在桌子下面或者穿过桌面来实现。另一个问题是,若用户的手机带有外壳和其它配件,则必须去掉这些配件,或者把这些配件重新装在其它位置,才能进行正常的无线充电。

NuCurrent的MP-A17设计针对这些缺陷做了很大的改进。新线圈设计增大了Qi发射器的z高度和整体充电量,提供标准(15W)内的最高功率水平。它可以实现更快的充电速度,更易对齐,也更容易确定间隔距离。

总之, MP-A17是对Qi标准的重大改进,可以实现创新的设计,提供更好的用户体验。

用户实例

若能实现更大的垂直间隔z高度或间隔距离,则无线充电可以应用于更多领域。一个例子是物流公司使用的带有坚固外壳和手带的手持式计算机/扫描仪。在恶劣环境中,可能引起故障的主要是这些设备中的金属触点,但如果采用无线充电,就不再需要这些触点了。但是,工业设计由于间隔距离过大而不能使用标准Qi充电,因而需要增加z高度,由此出现了下面一些产品。

发射器/底座

霍尼韦尔无线充电车载底座与设备之间不再需要连接器,从而提高了在恶劣环境中的耐用性。

接收器/设备

霍尼韦尔Dolphin CN80数据采集终端带有触屏和真实按键,即使在严苛的环境下,数据输入也变得容易。这是一个专有系统,并没有经过Qi认证,但这种经验影响了MP-A17设计。

推进Qi标准

在开发MP-A17之前,NuCurrent已经解决了多个高z值设计挑战,这些知识产权影响了MP-A17设计的多个方面,包括:

● 线圈设计
● 专有模拟和测试
● 硬件架构
● 器件选择
● IC固件控制(与恩智浦合作)

WPC的很多成员,包括苹果、谷歌、戴尔、西门子等科技巨头在内,都认为MP-A17不可能实现,但NuCurrent的创新方法最终实现了其他人都没有做到的事情。

不久的将来

根据WPC的时间表,初始版本MP-A17发射器很快将添加到WPC产品数据库和测试平台中。NuCurrent目前为采用此设计的多个商用项目提供支持,希望其它制造商可以利用他们的设计和集成专长,将这一创新技术应用于家居、汽车、手机配件和无线充电基础架构市场。同时,我们期望NuCurrent带来更多创新。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN网站,参考链接:Innovative wireless transmitter design advances Qi standard。)

本文为《电子技术设计》2019年10月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Steve Taranovich
EDN资深技术编辑。Steve Taranovich是EE Time姊妹网站Planet Analog的主编,也是EDN的高级技术编辑。 Steve在电子行业拥有40年的从业经验。 他在纽约布鲁克林理工大学获得电子工程硕士学位,在纽约布朗克斯纽约大学获得BEEE学位。 他还是IEEE长岛教育活动委员会主席。 他在Burr-Brown和德州仪器公司工作多年,在模拟设计方面有丰富的经验,并有着嵌入式处理的教育背景。 Steve做了16年的电路设计工程师,随后他成为Burr-Brown Corp的首批现场应用工程师之一,并成为他们首批前往欧洲、印度和中国的全球客户经理之一。
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