无线电源系统在手机等小型便携式应用中不断得到认可。现有标准仅限于5W但智能手机、平板电脑、便携式工业和医疗应用日益增长的电力需求对供电能力提出了更高的要求。随着输出功率的增加，必须考虑系统设计的效率和热性能。本文回顾了可批量生产的10篇文章W实现无线电源系统，并提供与系统性能优化相关的系统设计指南。我们还给出了一些已经在10岁了W收发器在应用中成功测试(TX)和接收器(RX)线圈示例。

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无线电源多年前就出现了，形式多样，但最近由于行业标准的出现，变得更加普遍。智能手机和小型平板电脑是目前使用无线电源的主要产品类别。然而，该技术也开始扩展到可穿戴设备、医疗和工业应用。当无线电源与无线连接技术相结合时，可以设计无外部接头和完全封闭的设备。这使得无线电源成为所有需要在室外或潮湿环境中运行的便携式系统的理想选择。

现有的工业标准只有有限的功率输出能力，通常是5W范围内。截至2014年12月，更高功率标准的开发还没有完全确定。因此，需要更高功率水平为大容量电池充电的设备需要定制或专有设计。虽然系统设计师可能使用标准组件“从零开始”，但这种方法很难实现终端产品快速投放市场的目标。目前市场上的互补发射器和接收器芯片组可以实现便携式应用的10W无线电源系统的即时设计包括一两个电池节电池组架构。

无线电源系统架构

图1显示了智能无线电源系统紧密耦合的简化图。从原理图的角度来看，它看起来像一个变压器耦合隔离电源转换电路。然而，在这里， 主线圈和次线圈完全分开，而不是绕在同一个磁芯上。电能从发射器(初级或TX)端传输到接收器(次级或RX)接收器电路以数字脉冲的形式将反馈发送回磁耦合器件。

图1:典型无线电源系统架构图

参考文献[2]详细介绍了无线电源的基本概念，并为无线电源设备提供了其他系统设计指南。

将功率性能扩展到10W必须有一些额外的考虑。首先，硅功率元件必须设计成所需的峰值和连续功率水平。在发射器端，功率FET元件在发射控制器外部，因此可以根据需要升级为峰值电流。在接收器端，解决方案的小尺寸非常重要，集成FET该设备用于提供单芯片设备。与以前的5相比，为了提供高效率和提高热性能W与接收器相比，接收器，RX控制器中的FET具有更低的RDS(on)。磁性元件，即TX和RX线圈也必须具有能够处理10W电源传输所需的高峰电流额定值。最后，由于10W与5相比，系统具有更高的磁场强度W对于系统，需要扩大接收器端的屏蔽范围。为系统中的金属元件提供更好的屏蔽，最大限度地减少接收器端“接近，接触金属”损耗，并尽可能地提高系统效率也是有必要的。

现在让我们参考下图1。我们注意到了RX提供控制器TX控制器的反馈，要求TX输出功率根据不同的负载条件和线圈对齐/耦合效率的要求进行改变。改变输出功率的常用方法是使用恒定振幅/可变频率ac信号来激励线圈。另外一个替代方法是用可变振幅/固定频率激励。

免除可变频控制TX端上可调前置稳压级的需求取决于TX/RX谐振电路的共振调谐。TX当工作频率接近共振点时，最大功率从TX传输到RX。为减少传输RX端的功率，TX控制器增加其频率，使其远高于共振峰值。RX在较轻的负载率等较轻负载的情况下，TX频率经常增加。然而，这种方法使TI公司电力传输/控制过程在很大程度上取决于线圈调节。当在高功率水平下使用时，电磁干扰中可变频率架构(EMI)控制也会提出一些问题。

10W在固定频率下固定频率下运行，但使用可调前置稳压器来改变线圈激励的直流电压轨。全桥电路用于生成TX线圈的交流激励电流。图2显示了一个定频(10W)无线电源发射器系统的基本方框图。当RX当需要更多的输出功率时，直流电压轨是TX线圈功率级提供的电压会增加。随着直流电压RX负少负荷。

图2. 具有无线数字控制的10W无线电源发射器

10W系统的可调输出电压和热性能

第一代5W无线电源系统通常在接收器端固定5V输出电压。这足以给1充电率A单节锂离子电池在范围内充电，本质上，该电源系统随处可见USB类型电源非常相似。然而，随着便携式设备中电池容量的增加，需要更高的电流来保持快速充电时间。

bq51025 10W无线接收器的输出电压为5V至10V外部反馈电阻器用于调整范围。通过这种方式，可以充电一两个串联电池配置，并在宽输入电压范围内开关模式NVDC当类型充电器组合在一起时，可以在单节电池充电的情况下保持高效[7]。在诸如无线RX输出时，NVDC在降低高压电源所需的输入电流的同时，充电器架构可以实现低压电池的高效充电。图3显示无线接收器电路板为负载提供10W同时，5V，7V和10V输出设置下的热响应(图.3a，b和c)。很明显，10V高频开关模式充电器可用于电池充电时，输出产生的热量最小。

图3. 10.无线接收器W散热测量在负载条件下。

接收器电路上的串联谐振电容器(图4中C1)也是优化热性能的关键。在实践中，将多个电容器连接在一起，以提供所需的总电容值。

图4. 无线电源接收器和关键谐振电容器