無(wú)線充電在智能水杯中的應(yīng)用

謝健華 謝吉永 朱梓森

摘 要：針對(duì)低碳、環(huán)保生活領(lǐng)域?qū)o(wú)線充電的應(yīng)用，提出基于SMT32F103C8T6單片機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)智能水杯的設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，采用了原裝TI芯片BQ51013B，有充電芯片TP4056對(duì)水杯中的鋰電池可以對(duì)鋰電池進(jìn)行CV/CC充電，而且恒流充電電流可調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：SMT32F103C8T6；BQ51013B；無(wú)線充電

中圖分類號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）36-0033-02

Abstract： Aiming at the application of wireless charging in the field of low carbon and environmental protection， the design method of intelligent water cup based on SMT32F103C8T6 single chip microcomputer in real time system is put forward. On this basis， the original TI chip BQ51013B， with charging chip TP4056 can be used to charge the lithium battery in the water cup by CV/CC， and the constant current charging current can be adjusted.

Keywords： SMT32F103C8T6； BQ51013B； wireless charging

1 概述

目前市場(chǎng)上的水杯正在逐漸步向多元化和功能復(fù)雜化發(fā)展，其中重要的原因是隨著現(xiàn)在社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量要求越來(lái)越高，能在繁忙的工作，學(xué)習(xí)中能夠簡(jiǎn)便，方便地飲用熱騰騰的咖啡，茶水等。這款水杯通過無(wú)線充電對(duì)水杯進(jìn)來(lái)方便快捷的加熱，將水杯放置在無(wú)線充電底座即可，然后由水杯上的顯示器顯示水溫溫度。

2 系統(tǒng)功能

近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種繁多的智能水杯，但是并不是每一款水杯都適合客戶人群，對(duì)此提出：水杯中配置OLED屏，可以顯示溫度和水杯中內(nèi)置電池電量，方便查看水溫。充電系統(tǒng)，由TP40566充電芯片，在無(wú)線充電中給水杯中內(nèi)置電池充電。內(nèi)置充電電池可在無(wú)充電狀態(tài)下提供電能于單片機(jī)和顯示屏。

本款水杯內(nèi)置手機(jī)APP控制，可通過手機(jī)APP調(diào)節(jié)溫度，設(shè)置完放置在無(wú)線底座即可。

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 功能結(jié)構(gòu)

3.1.1 BQ51013B產(chǎn)品描述

BQ51013B是一系列先進(jìn)、靈活、二次側(cè)設(shè)備便攜無(wú)線電力傳輸?shù)膽?yīng)用程序。BQ51013B設(shè)備提供交流/直流電源轉(zhuǎn)換和監(jiān)管，同時(shí)集成所需的數(shù)字控制符合氣v1.1的通信協(xié)議。一起B(yǎng)Q50xxx主面控制器，BQ51013B是一個(gè)完整的非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)線電源解決方案。建立全球反饋從次要到主為了控制權(quán)力交接過程中利用氣v1.1協(xié)議。

BQ51013B設(shè)備集成低電阻同步整流器，低壓差調(diào)節(jié)器、數(shù)字控制和精確的電壓和電流循環(huán)，以確保高效率、低功耗。BQ5101xB還包括一個(gè)數(shù)字控制器，可以計(jì)算的電量。

3.1.2 BQ51013B的工作原理

使用BQ51013B作為無(wú)線電源。

當(dāng)將簡(jiǎn)化原理圖所示的系統(tǒng)放置在充電墊上時(shí)，接收器線圈感應(yīng)耦合到由充電墊中的線圈產(chǎn)生的磁通量，從而在接收器線圈中感應(yīng)電壓。內(nèi)部同步整流器將此電壓饋送到具有濾波電容C3的REST引腳。

BQ51013B使用COMM管腳通過打開和關(guān)閉COMMFET，從而開關(guān)進(jìn)出CCOMM，來(lái)標(biāo)識(shí)和認(rèn)證自己到主電路。如果認(rèn)證成功，發(fā)射機(jī)將繼續(xù)供電。BQ51013B測(cè)量RECT管腳處的電壓，計(jì)算實(shí)際電壓與期望電壓VRECT-REG之間的差（空載時(shí)的閾值1），并將錯(cuò)誤分組發(fā)送回主電路（動(dòng)態(tài)VRECT閾值顯示在電氣特性表中）。這個(gè)過程一直進(jìn)行到輸入電壓穩(wěn)定在VRECT-REG。在負(fù)載瞬態(tài)期間，動(dòng)態(tài)整流器算法將設(shè)置由VCRT-RG閾值1，2，3和4指定的目標(biāo)。該算法被稱為動(dòng)態(tài)整流器控制，用于增強(qiáng)電源的瞬態(tài)響應(yīng)。在上電期間，LDO被保持，直到VCRT-RG閾值1收斂。電壓控制回路確保輸出電壓保持在VUT-RG上以對(duì)系統(tǒng)供電。同時(shí)，BQ51013B繼續(xù)監(jiān)視輸入電壓，并且保持每250ms向一次發(fā)送錯(cuò)誤分組。如果發(fā)生大的超調(diào)，則對(duì)一次的反饋速度高達(dá)每32ms一次，以便以更短的時(shí)間收斂到工作點(diǎn)上。

3.1.3 BQ51013B的主要技術(shù)參數(shù)

3.2 BQ51013B特性

（1）集成式無(wú)線電源接收器解決方案

a.93%的整體峰值交流/直流轉(zhuǎn)換效率；

b.完全同步整流器；

c.符合 WPC v1.2 標(biāo)準(zhǔn)的通信控制；

d.輸出電壓調(diào)節(jié)；

e.僅在 Rx 線圈和輸出之間需要 IC。

（2）符合無(wú)線電源聯(lián)盟（WPC）v1.2標(biāo)準(zhǔn)（啟用 FOD）的高精度電流檢測(cè)。

（3）動(dòng)態(tài)整流器控制，可改進(jìn)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

（4）可在寬泛的輸出電源范圍內(nèi)優(yōu)化性能的動(dòng)態(tài)效率調(diào)節(jié)。

（5）針對(duì)穩(wěn)健通信的自適應(yīng)通信限制。

（6）支持20V最高輸入電壓。

（7）低功率耗散整流器過壓鉗位（VOVP=15V）。

（8）熱關(guān)斷。

（9）用于溫度監(jiān)控、充電完成和故障主機(jī)控制的多功能NTC和控制引腳。

4 應(yīng)用

符合WPC v1.2標(biāo)準(zhǔn)的接收器，手機(jī)和智能電話、耳機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、便攜式媒體播放器和手持設(shè)備。

5 結(jié)束語(yǔ)

BQ51013B器件是靈活的高級(jí)單芯片次級(jí)側(cè)器件，適用于便攜式應(yīng)用中的無(wú)線電力傳輸，可提供高達(dá)5W的功率。BQ51013B器件在集成符合無(wú)線電源聯(lián)盟（WPC）Qi v1.2通信協(xié)議所需的數(shù)字控制的同時(shí)提供接收器（RX）交流/直流電源轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。BQ51013B與BQ50012A初級(jí)側(cè)控制器（或其他Qi發(fā)送器）相結(jié)合，可為無(wú)線電源解決方案實(shí)現(xiàn)一款完整的非接觸式電力傳輸系統(tǒng)。使用Qi v1.2協(xié)議，在次級(jí)側(cè)與初級(jí)側(cè)之間建立全局反饋，從而控制電力傳輸過程。

BQ51013B集成了一個(gè)低電阻同步整流器、低壓降穩(wěn)壓器、數(shù)字控制以及精確電壓和電流回路，可確保高效率和低功率耗散。

BQ51013B還包括一個(gè)數(shù)字控制器，用于計(jì)算移動(dòng)設(shè)備接收的電量（不超過WPC v1.2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的限值）。然后，控制器將該信息傳輸至發(fā)送器（TX），以便TX能夠確定磁性界面內(nèi)是否存在異物以及是否需要提升磁場(chǎng)內(nèi)的安全級(jí)別。該異物檢測(cè)（FOD）方法屬于WPC v1.2規(guī)范中要求的一部分。

BQ51013B是一種完全集成在單個(gè)設(shè)備中的無(wú)線功率接收器。該設(shè)備符合WPC v1.2無(wú)線功率接收器規(guī)范。當(dāng)與WPC v1.2兼容發(fā)射機(jī)配對(duì)時(shí)，它可以提供高達(dá)5W的功率。

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