解析电磁感应式无线充电系统的三大核心技术

　　前段所提当功率加大后因为受电端上的讯号调制用负载电阻需要吸收较大的电流会产生功率损耗问题所以较为不可行，且为了反馈讯号容易被辩识需要有较大的反馈量使线圈上有较大的调制深度，这个设计下需将使接收端上的负载电阻设定较低的阻抗用来吸收更多的能量产生反馈，在这个循环下要提升感应式电源供应器之可用功率将遇到瓶颈。所以有厂商提出另一个电容式讯号调制方法。由香港ConvenientPower HK Ltd申请之美国专利公开号20110065398 UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER(用于无线电力中的数据调制与解调方法)，参考图(九)说明其内容所提的在先前设计在受电端产生调制反馈能量的负载电阻改成电容，其因为采用电容调制时会在供电端发射线圈上产生电流与电压相位差变化，所以可以利用分析此变化来进行译码;这样的设计可以不需要产生很大的调制深度即可达到反馈数据的目的，所以即使在较长的调制期间并不会消耗过多的能量。这个技术中需要在供电端上取出三个值进行分析：1.为供电线圈上的交流电压值2.为供电线圈上的交流电流值3.为驱动供电线圈的电源电流，其中电流值需要将供电线圈到接地端串连一个电感，量测电感两端的电压值来测定电流，而这三个数值的变化量都很微小，所以从供电线圈取回讯号后需要透过多重的放大电路进行解析，这部份也造成电路成本的提高，参考图(十)、(十一)中可以看到这两种讯号调制的方法所造成供电线圈上所发生的讯号变化。

　　图(九)美国专利公开号20110065398 UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER内容

　　图(十)ti规格书说明电组式讯号调制电路

　　图(十一)ti规格书说明电容式讯号调制电路

　　前段所提到的技术中，在WPC qi规格中所定义为调制期间讯号与非调制期间讯号在供电线圈上产生的高低差需要大于电流差15m A、电压差200m V ，相较于送电期间在供电线圈上的主载波电压约在50V~100V之间，这个电压变化量相当小，也就是透过放大电路将微小的变化量当作反馈讯号处理。在实际应用时会发现，造成供电线圈上振幅与电流变化的原因不只是来自受电端的反馈讯号，另外在受电端输出的负载上产生变化时也会产生供电线圈上的电压与电流变化，而先前技术所运的的是缩小反馈深度使调制讯号造成的功率损耗降低，在实际应用上受电装置大多不是稳定的负载，市面的手持装置在充电时会有快速的电流汲取变动，而这样的变动下会使供电线圈上的电压与电流产生跳动，经过电路放大讯号后会变成数据码中的噪声，而这样的噪声会使讯号传送失效。参考图(十二)qi系统中的数据传送波型组图，这是取ti供电端bq500110EVM-688 Evaluation Module与受电端bq51013EVM-725 Evaluation Module量测到的波型，而这个套件是符合qi兼容性规范的产品，量测电RX反馈发送为bq51013EVM-725上讯号调制电容上的波型，当在调制期间会将电容接地使吸收能量使讯号变小，此时产生了反馈到供电线圈上，使TX发射线圈产生高低起伏。而COMM1与COMM2分别为透过OPA放大电路所解析出的电压与电流变化结果，转成数字讯号交由微处理器判读。传送数据的方式就是周期性的连续产生调制反馈，组合成数据框再经由微处理器判读数据内容，而传送的过程中若有遗失部份讯号就会使整个数据框失效。由波型图中可以看出这样的调制讯号会依负载的状况而变动，且在通讯中数据框需要一段长度才能送完，而在这个期间内发生的负载变动都会使数据传送失败，而在系统中供电端需要靠来自受电端的数据码确认装置存在才会持续送电，当数据传送机制失效时将会造成电力中断。

　　图(十二)qi系统中的数据传送波型图1

　　图(十二)qi系统中的数据传送波型图2

　　图(十二)qi系统中的数据传送波型图3

　　图(十二)qi系统中的数据传送波型图4

　　前述的资料传送方法中，电阻反馈式利用较强的反馈讯号可以使讯号容易被辨识但会损耗较多的功率;电容反馈式利用细微的反馈变化损耗较少的功率却容易受到噪声干扰。这两个方式在提高传送供率的应用有所困难，另外有厂商Fu Da Tong Technology Co.， Ltd申请之美国专利公开号20110065398 UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER(高功率感应式电源供应器中数据传输之方法)，参考图(十三)，其技术主要是将调制讯号的格式设计成非对称的数据传送，将调制反馈也就是消耗功率的时间缩短，利用较深的反馈讯号与噪声排除的软件控制方法可以在高功率系统中稳定的传送数据讯号，且在供电端的讯号解析部份不需要放大电路，可以降低生产成本。

　　图(十三)美国专利公开号20110278949 HIGH-POWER INDUCTION-TYPE POWER SUPPLY SYSTEM AND ITS DATA TRANSMISSION METHOD内容1

　　图(十三)美国专利公开号20110278949 HIGH-POWER INDUCTION-TYPE POWER SUPPLY SYSTEM AND ITS DATA TRANSMISSION METHOD内容2