無線充電在智能水杯中的應用

謝健華 謝吉永 朱梓森

摘 要：針對低碳、環保生活領域對無線充電的應用，提出基于SMT32F103C8T6單片機實時系統智能水杯的設計方法。在此基礎上，采用了原裝TI芯片BQ51013B，有充電芯片TP4056對水杯中的鋰電池可以對鋰電池進行CV/CC充電，而且恒流充電電流可調節。

關鍵詞：SMT32F103C8T6；BQ51013B；無線充電

中圖分類號：TM910.6 文獻標志碼：A 文章編號：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

目前市場上的水杯正在逐漸步向多元化和功能復雜化發展，其中重要的原因是隨著現在社會的進步與經濟的發展，人們對生活質量要求越來越高，能在繁忙的工作，學習中能夠簡便，方便地飲用熱騰騰的咖啡，茶水等。這款水杯通過無線充電對水杯進來方便快捷的加熱，將水杯放置在無線充電底座即可，然后由水杯上的顯示器顯示水溫溫度。

2 系統功能

近年來，市場上出現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，對此提出：水杯中配置OLED屏，可以顯示溫度和水杯中內置電池電量，方便查看水溫。充電系統，由TP40566充電芯片，在無線充電中給水杯中內置電池充電。內置充電電池可在無充電狀態下提供電能于單片機和顯示屏。

本款水杯內置手機APP控制，可通過手機APP調節溫度，設置完放置在無線底座即可。

3 設計思路

3.1 功能結構

3.1.1 BQ51013B產品描述

BQ51013B是一系列先進、靈活、二次側設備便攜無線電力傳輸的應用程序。BQ51013B設備提供交流/直流電源轉換和監管，同時集成所需的數字控制符合氣v1.1的通信協議。一起BQ50xxx主面控制器，BQ51013B是一個完整的非接觸式電能傳輸系統的無線電源解決方案。建立全球反饋從次要到主為了控制權力交接過程中利用氣v1.1協議。

BQ51013B設備集成低電阻同步整流器，低壓差調節器、數字控制和精確的電壓和電流循環，以確保高效率、低功耗。BQ5101xB還包括一個數字控制器，可以計算的電量。

3.1.2 BQ51013B的工作原理

使用BQ51013B作為無線電源。

當將簡化原理圖所示的系統放置在充電墊上時，接收器線圈感應耦合到由充電墊中的線圈產生的磁通量，從而在接收器線圈中感應電壓。內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管腳通過打開和關閉COMMFET，從而開關進出CCOMM，來標識和認證自己到主電路。如果認證成功，發射機將繼續供電。BQ51013B測量RECT管腳處的電壓，計算實際電壓與期望電壓VRECT-REG之間的差（空載時的閾值1），并將錯誤分組發送回主電路（動態VRECT閾值顯示在電氣特性表中）。這個過程一直進行到輸入電壓穩定在VRECT-REG。在負載瞬態期間，動態整流器算法將設置由VCRT-RG閾值1，2，3和4指定的目標。該算法被稱為動態整流器控制，用于增強電源的瞬態響應。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上以對系統供電。同時，BQ51013B繼續監視輸入電壓，并且保持每250ms向一次發送錯誤分組。如果發生大的超調，則對一次的反饋速度高達每32ms一次，以便以更短的時間收斂到工作點上。

3.1.3 BQ51013B的主要技術參數

3.2 BQ51013B特性

（1）集成式無線電源接收器解決方案

a.93%的整體峰值交流/直流轉換效率；

b.完全同步整流器；

c.符合 WPC v1.2 標準的通信控制；

d.輸出電壓調節；

e.僅在 Rx 線圈和輸出之間需要 IC。

（2）符合無線電源聯盟（WPC）v1.2標準（啟用 FOD）的高精度電流檢測。

（3）動態整流器控制，可改進負載瞬態響應。

（4）可在寬泛的輸出電源范圍內優化性能的動態效率調節。

（5）針對穩健通信的自適應通信限制。

（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）熱關斷。

（9）用于溫度監控、充電完成和故障主機控制的多功能NTC和控制引腳。

4 應用

符合WPC v1.2標準的接收器，手機和智能電話、耳機、數碼攝像機、便攜式媒體播放器和手持設備。

5 結束語

BQ51013B器件是靈活的高級單芯片次級側器件，適用于便攜式應用中的無線電力傳輸，可提供高達5W的功率。BQ51013B器件在集成符合無線電源聯盟（WPC）Qi v1.2通信協議所需的數字控制的同時提供接收器（RX）交流/直流電源轉換和調節。BQ51013B與BQ50012A初級側控制器（或其他Qi發送器）相結合，可為無線電源解決方案實現一款完整的非接觸式電力傳輸系統。使用Qi v1.2協議，在次級側與初級側之間建立全局反饋，從而控制電力傳輸過程。

BQ51013B集成了一個低電阻同步整流器、低壓降穩壓器、數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還包括一個數字控制器，用于計算移動設備接收的電量（不超過WPC v1.2標準設定的限值）。然后，控制器將該信息傳輸至發送器（TX），以便TX能夠確定磁性界面內是否存在異物以及是否需要提升磁場內的安全級別。該異物檢測（FOD）方法屬于WPC v1.2規范中要求的一部分。

BQ51013B是一種完全集成在單個設備中的無線功率接收器。該設備符合WPC v1.2無線功率接收器規范。當與WPC v1.2兼容發射機配對時，它可以提供高達5W的功率。

參考文獻：

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