《电子技术应用》
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面向无线快速充电应用的调压方案设计与实现
2021年电子技术应用第1期
傅桂娥1，2，徐圣楠1，缪 瑜2，张一晋1
1.南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京210094；2.南京睿赫电子有限公司，江苏 南京210094
摘要： 随着科技的发展，人们的生活节奏加快，对手机等移动设备的使用频率不断提升，使得普通的无线充电方案已经无法满足使用需求。因此，效率高且干扰小的无线快速充电方案急需走进人们的生活。DC/DC调压是一种能够实现电压数字可控的调压方式，因其效率高和稳定性好等优点被广泛应用。基于DC/DC调压原理分别设计出两种应用于无线快速充电的定频调压方案，并对电路参数设置进行理论推导，最后对设计的方案进行实现。性能测试及样板充电实验验证了理论推导和方案设计的正确性和有效性，表明其具有重要应用价值。
中图分类号： TN710
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200734
中文引用格式： 傅桂娥，徐圣楠，缪瑜，等. 面向无线快速充电应用的调压方案设计与实现[J].电子技术应用，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

    随着手机、智能手表等移动设备的快速发展，无线充电技术的发展已经从理论研究层面逐步走向商业化[1]。近年来，人们对于手机的依赖性越来越强，手机不断耗电的同时急需快速充电，因此催生了无线快速充电技术的研究和商业化应用。

    在传统的无线传输系统中，发射功率通常通过变频或者定频调占空比的方式进行调节。这种方式由于其不断变化的频率或占空比，可能会对充电设备造成干扰[2]，使得充电设备的充电效率差且充电过程不稳定。作为手机行业的佼佼者，苹果公司采用的无线快速充电方案即为定频调压方案，即固定工作频率，根据动态的负载功率需求控制调压单元，最终实现动态的功率输出[3]。这种方案能让无线充电对手机的干扰降到最小[4]，但要求实现多挡位的负载电压精准调整需要核心处理器(Microcontroller Unit，MCU)具备较高的PWM工作频率，从而增加应用成本及功耗，亦会影响产品的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)[3]。定频调压方案虽然具有较高的设计要求，但能够给用户带来更好的充电稳定性、充电效率以及更安全的充电环境，因此在苹果公司的推动下势必会成为未来主流的无线充电方式[5]。

    目前，已经有一些DC/DC调压方法可以为定频调压方案提供借鉴。文献[6]提出了一种通过DAC调节DC/DC输出电压的电路方案，能够实现DC/DC输出电压的数字可控。文献[7]探讨了基于DC/DC开关稳压器的数控电源设计方案，能够实现同一数控电源系统兼并恒压恒流功能，且具有较高的输出精度。

    基于以上设计，本文提出面向无线快速充电应用的两种定频调压方案：IDAC方案和PWM方案。它们的显著特点是：(1)无需采用高主频的MCU，只需通过MCU产生控制信号控制调压单元从而实现精准可靠的电压调节；(2)避免输出级直接受到输入电压的影响[8]，使得搭载无线快速充电技术的产品性能更加稳定；(3)通过固定频率调节电压控制发射功率，可以有效避免无线充电对手机的通信干扰。实验验证了这两种方案能够实现宽范围的电压调节，满足苹果手机的无线快速充电效果。




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作者信息:

傅桂娥1，2，徐圣楠1，缪  瑜2，张一晋1

(1.南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京210094；2.南京睿赫电子有限公司，江苏 南京210094)


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