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作者: Stanislav Arendarik，飛思卡爾半導(dǎo)體 摘要：低功耗電池供電設(shè)備正在被廣泛地使用，最方便的方式之一是借助無線輸電技術(shù)為電池充電。 1. 介紹 低功耗電池供電設(shè)備正在被廣泛地使用。這些設(shè)備需要定期進(jìn)行充電，最方便的方式之一是借助無線輸電技術(shù)為電池充電。通常使用鋰電池。對于基于新的LiFePO4技術(shù)的型號來說，電池電壓范圍為3.0V ~ 4.2V DC或2.0V~ 3.6V DC。 本文介紹了如何創(chuàng)建采用飛思卡爾Kinetis KL05Z32 MCU控制的無線充電接收器(WCHRX) 和電池充電器。例如飛思卡爾 Kinetis Mini 系列低成本MCU，以及飛思卡爾MC3467x 系列專用鋰電池充電器，都適用于創(chuàng)建這一系統(tǒng)。 2. 主要要求 WCHRX（無線充電接收器）的主要要求可分為幾個要點： ●將電力高效地從接收器的線圈輸送到電池 ●完全掌控的充電過程 ●符合Qi無線充電規(guī)范 ●高度的靈活性-適用于各種類型的電池 ●應(yīng)用簡單，非常可靠 3. 示意框圖 推薦應(yīng)用的示意框圖如圖1所示。 
圖1： 無線充電接收器示意框圖。 每個框的功能可通過功率流描述說明。 來自高頻電磁場的功率輸入是線圈L1。所使用的頻率范圍為100kHz ~ 200kHz。該線圈與電容器C1和C2形成輸電用的正確形狀的調(diào)整曲線。如果將該線圈放在有源發(fā)射線圈的近場（貼近），則線路AC1和AC2之間的感應(yīng)電壓由MOSFET橋式整流器進(jìn)行整流。 通常，該橋式整流器由兩個N-MOSFET和Shottky二極管構(gòu)成，更加簡易。該選項適用于低功耗應(yīng)用，支持的最大功率約為10 W。主要的限制是Shottky二極管的電壓驟降，這樣導(dǎo)致更高的整流電流，降低了整體效率并產(chǎn)生更多熱功耗。 如使用簡單控制的開關(guān)，整流后的DCBUS電壓可直接用于電池充電。如使用MC3467x系列專用電池充電器，那么該電壓可用作輸入電壓。 在這種情況下，電池充電器完全負(fù)責(zé)電池充電過程，它將充電狀態(tài)提供給控制MCU。 LDO為控制MCU提供3.3V DC工作電壓。該LDO的靜態(tài)電流必須低，才能保證輸出更高的效率和較低的壓降。 控制MCU具有多種功能。它必須測量DCBUS線路上的輸入電壓和輸入電流。 如使用簡易開關(guān)，則還需測量電池電壓，以準(zhǔn)確地識別電池狀態(tài)。 在使用專用電池充電器的情況下，MCU從充電器接收電池充電狀態(tài)。 控制MCU使用串行通信信道和調(diào)幅器向無線電量變送器發(fā)送必要的消息。所發(fā)送的消息包含有關(guān)調(diào)節(jié)偏差以及實際接收的功率值的信息。接收的功率值根據(jù)測量的輸入電壓和輸入電流進(jìn)行計算。該MCU的功能是整個無線輸電調(diào)節(jié)環(huán)路的一部分。 4. 控制MCU介紹 Kinetis KL0x MCU是低功耗、低成本控制器家族的成員，具有內(nèi)置外設(shè)模塊，能夠提供力所能及的選項。它們可用于上述應(yīng)用，也適用于專用應(yīng)用的其他特性。 Kinetis KL0x系列MCU的內(nèi)部模塊如圖2所示。
圖2：Kinetis KL0x系列MCU的內(nèi)部模塊。 該系列MCU的主要特性包括： ●電源電壓范圍為：1.71 V ~3.6 V DC； ●工作溫度范圍：-40℃ ~ +105℃； ●32 位 ARM Cortex M0+內(nèi)核； ●豐富的系統(tǒng)和電源管理功能集； ●48MHz 總線時鐘，有豐富的內(nèi)部和外部時鐘源； ●高達(dá) 32KB 的閃存和64字節(jié)的高速緩沖存儲器； ●高達(dá) 4KB 的 RAM； ●12 位 ADC、12 位 DAC和高速模擬比較器； ●1個6通道和1個雙通道定時器模塊； ●實時時鐘和可編程中斷定時器； ●廣泛的通信接口-SPI、I2C 和低功耗 UART-都具有 DMA 存取功能； 在該電池充電器應(yīng)用中，ADC 和定時器模塊與 GPIO 輸入/輸出引腳結(jié)合使用。 5. 軟件 控制MCU的軟件取決于最終應(yīng)用。輸入功率測量（Vin和Iin）、輸入功率計算和與無線電量變送器的通信是必選功能。這些功能構(gòu)成主要的調(diào)節(jié)環(huán)路，處理電力輸送。 其他功能如開關(guān)控制、電池電壓測量、從電池充電器接收狀態(tài)信息以及 LED 指示燈控制，都屬于附加功能。 這些附加功能的使用取決于最終應(yīng)用。 要點包括： ●進(jìn)行必要的測量-輸入電壓和電流； ●根據(jù) Qi 規(guī)范管理通信； ●控制電源開關(guān)或接收來自專用充電器的狀態(tài)信號； ●管理應(yīng)用的所有信令要求。 6. 結(jié)語 電池充電的無線輸電成為日益普及的功能，出現(xiàn)在許多新應(yīng)用中。它能夠簡單地添加到任何應(yīng)用，在任何應(yīng)用中實現(xiàn)，即使通過Kinetis KL0x系列等低功耗、低成本MCU控制器進(jìn)行控制。 |
