TI升压和升降压直流-直流变换器助力无线充电设计

  两大：2015年，三星发布了支持无线充电的手机—Galaxy S6；2017年，8以及iPhone X成为苹果首款支持无线充电的手机。此后，华为、小米等国内手机生产厂商也纷纷试水无线充电，这项技术也一度成为中高端手机新趋势。

  无线充电产品以其便利性，可靠性，安全性慢慢的受到消费者的追捧。除手机以外， 越来越多支持无线充电的TWS无线耳机，智能手表等可穿戴设备不断涌入市场。与此同时，不一样的种类的无线充电设备也逐渐融入我们的生活场景，如宜家推出配有无线充电底座的台灯，小米推出30W超级无线闪充充电器等。

  无线充电系统主要由电源、无线充电发送器和无线充电接受器三部分构成。图2所示为其电路示意图。无线充电系统是如何工作的呢？以下为其工作原理的简要介绍：

  无线充电发送器(Tx)通常由一个 5V 至 20 V 的直流输入电源供电，这个电源来自ACDC电源适配器或。一些特殊应用（如手机反向无线充电）也可能为电池供电。

  无线功率控制器可驱动半桥或者全桥变换器来传输能量，并通过与接收器的通讯来调节传输功率。

  发送器线圈通过电磁感应传输电力，能量被耦合到无线功率接收器(Rx)中。接收器通过一个类似的线圈来接收能量，并通过整流及功率变换电路（如充电电路）为后级提供能量。

  接收器可通过通信接口发送命令来调节充电电压，还可以在收到充电结束的指示后，完全终止功率传输。

  为提高无线充电系统的工作效率，无线充电发送器(Tx)中线圈所需母线电压Vbus可设计为随着传输功率的大小而 变化：满载充电时，传输功率最大，母线电压升至最高；待机状态时，传输功率最小，母线电压也随之降为最低。

  前文提到过，无线充电发送器的电源Vin可能来自AC/DC电源适配器或USB 端口（5V 至 20 V），也可能为电池供电，有着较宽的电压范围。 为匹配不同的电源电压和发送器线圈所需母线电压，在Vin与Vbus之间可使用DC/DC变换器来调节电压，而DC/DC变换器拓扑主要根据电源电压Vin和线圈所需母线电压Vbus之间的电位关系。

  例如一款30W的无线充电器，输入电压Vin为12V 电源适配器提供，母线V范围内调节，此时就需要升降压变换器来满足Vin与Vbus之间的电压匹配。有些无线充电器设计为节省成本，选择牺牲待机功耗，在待机状态下发送线圈母线电压设计为输入端电压，则只需要升压芯片来满足充电时Vbus电压要求即可。

  德州仪器提供一系列的升压以及升降压产品，可满足各个功率范围的无线充电发送器的设计需要。下文将简要介绍德州仪器产品在不同应用场景中的最优方案。

  目前，市面上的无线W不等。由于花了钱的人无线充电的诉求多为高效快速，大功率无线充电器成为新的趋势。此外，支持给多种无线设备同时充电的无线充电器也以其良好的使用者真实的体验慢慢的受到消费者亲睐。

  图4为无线充电器电路示意图，为适应不一样额定电压的适配器，输入电压范围设计为5V至20V。在待机状态下为减小待机功耗，输出电压可设计为低至2V；在满载下，输出电压需要升到最高设计值以获得最优的传输效率。如在30W无线快充中，升降压电路的最大输出电压一般设为20V左右。

  驱动，最大输出电压可至30V，封装小，效率高，适用于大功率无线充电器的设计需要。如果为降低成本，可选择升压控制器方案。德州仪器的同步升压控制器TPS43061较普通非同步升压方案可显著工作效率，减少热损耗，是大功率无线充电器设计的理想方案。

  的趋势之一。智能手机不仅仅作为一款通讯工具，也成为集多功能于一体的智能电子设备，可为TWS无线耳机，智能手表或其他手机进行无线充电。反向无线充电手机的电路示意图如图6，其中升压变化器可选择德州仪器的TPS61372或TPS61089。

  芯片采用小尺寸的WCSP封装，仅为1.57mm×1.52mm×0.5mm，如图7所示，非常适合于手机应用；支持1.5MHz高开关频率，可有效减小外部电感

  轻载下可选择PFM模式或者PWM模式，灵活实现用户对于轻载效率或者EMI设计的基本要求。具有真关断功能，当芯片处于不工作状态时，输入和输出端之间为真关断，减小待机功耗。

  支持无线充电的移动电源也慢慢变得多的涌现出来，其无线充电路结构与手机中的类似，如上图6所示。目前，移动电源的无线W不等，德州仪器升压变换器TPS61089, TPS61088, TPS61178可用于此应用。

  TPS61089, TPS61088的最大输出电压都为12.6V，两者分别支持7A和10A的最大开关电流；TPS61178的最大输出电压为20V，能提供最大至10A的开关电流。德州仪器的这三款芯片为集成上下管的同步升压转换器，可满足5W~20W无线充移动电源的设计需要。

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