移動電子產品隨處可見-家庭， 醫院、學校和口袋。伴隨著爆炸 在便攜性方面，消費者已經開始期待和需求。 電池壽命長。節能設計技術和 改進的電池技術有助于延長電池壽命 生活，但充電設備仍然是必要的，有時 繁重的任務無線充電系統 簡化便攜式電子設備如何通過傳輸充電沒有物理連接的設備的能量。有無線充電的各種實現和標準 但大多數使用某種形式的電磁感應。 此應用說明將著重于qi(“chee”)接口 由無線電力聯盟(WPC)開發。
不同于無線通信系統，如無線電或 蜂窩電話，無線電力傳輸依賴傳輸效率高于信噪比。從測量角度來看，充電器設計師面臨很多挑戰。Qi無線充電器設計為產生5瓦的充電功率，而能源之星目標要求高運行效率和低備用電源。功率傳輸的效率取決于關于發射機和接收機的系統設計具體來說就是每一個人之間的相互作用。典型的設計5瓦系統的目標效率大于70%。線圈、屏蔽、元件和物理元件的選擇設計對整個系統效率的影響更大。在無線充電系統中比在典型的充電器，因為無線系統需要兩個發射器還有一個接收器。由于屏蔽而存在其他并發癥。保護敏感電子設備和來自射頻場的電池，以及以防止附近金屬物體受熱。
圖1.Qi無線充電系統概述。
系統概述
雖然這兩個有趣和具有挑戰性的，齊系統包括低頻調制射頻，數字和模擬電路都在一個單板上。系統結構的簡化框圖如圖1所示。充電系統使用數字通信，既用于JTAG調試，也用于通過諧振鏈路在二次和一次電路之間傳輸數據。充電器的輸出電壓由二次側微控制器監控，該微控制器產生信號并使用調制技術將信息傳輸到一次側。信息在主側被解調，在主側被微控制器解釋。調制信息被組織成具有前導字節、頭字節、消息字節和校驗和字節的信息包。根據wpc規范，信息包可以與標識、配置、控制錯誤、整流功率、充電狀態和功率傳輸結束信息相關。
圖2.德克薩斯儀器無線功率集，包括BQ500 210EVM—68 9發射機和BQ51013EVM 725接收機。
設置測量
我們正在測試的設備是德克薩斯儀器無線功率集，包括BQ500 210EVM—68 9發射機和BQ51013EVM 725接收機(見圖2)。收發信機系統除了傳輸功率外，還將控制信號(在同一RF功率信號的頂部調制)從次級傳輸到初級，同時動態監測和控制功率電平，以防止由于附近金屬物體引起的過熱。
圖3.用于測量充電器的測試裝置包括混合域示波器、電壓和電流探頭、實驗室級電源和信號注入器。
測試設置如圖3所示。19V，0.5A直流輸入功率由泰克PWS4323可編程電源提供。使用mdo4104-6混合域示波器進行測量。該儀器在四個模擬信道上提供1 GHz帶寬，并包括許多工業標準控制總線的串行分組解碼，如IC間(I2C)和串行外圍互連(SPI)。MDO4104-6包括一個射頻輸入，用于測量高達6GHz的射頻信號。控制信號將通過模擬輸入進行監測，RF信號及其相應的諧波將用RF輸入通道進行分析。注意，由于初級和次級線圈的平面耦合和接近，所以難以無線地測量能量傳遞。因此，功率將在次級側用高阻抗電壓探頭直接測量在輸出端。
Qi充電器功率級是基于半橋LLC拓撲諧振變換器，直接從初級側充電器控制器控制。根據WPC標準要求，諧振轉換器在大約110 kHz至205 kHz的頻率范圍內進行頻率調制，以調節充電器輸出功率。
有幾種方法來看待LLC諧振波形。圖4顯示了一個諧振鏈電流的傳真圖，用一個連接到諧振電容鏈(tp2)的電壓探針測量，還顯示了諧振頻率。也可以使用電流探針或通過變送器板上的I_Sense測試點直接測量該電流。射頻功率信號(在發射機側)由一個通過Picotest J2180A前置放大器連接到TP1的電壓探頭測量。前置放大器提供高輸入阻抗和50歐姆輸出阻抗，便于電壓探針連接到LLC半橋開關節點。RF通道顯示141 kHz的基本工作頻率，并且還具有與50%占空比開關電壓相關的奇數諧波。偶數諧波的缺乏提供了占空比正好為50%的保證。
圖4.LLC半橋諧振鏈路電流跟蹤，LLC半橋開關頻譜低跡。
圖5.LLC半橋開關電壓上跡，LLC半橋開關頻譜低跡。
圖5顯示了LLC半橋轉換器開關節點上的模擬跟蹤確認50%占空比波形視覺上。
mdo還用于測量高頻信號，如emi。圖6示出了來自LLC半橋開關的100 kHz至2 MHz的頻率范圍內的輻射EMI，以及用于有效地將19VDC輸入電壓轉換為發射機控制器所需的3.3V的低功率600 kHz降壓調節器。圖7示出了來自LLC半橋開關、600 kHz降壓調節器和31 MHz微控制器在5 MHz至50 MHz的頻率范圍內的輻射EMI信號。
圖6。從LLC半橋開關和600 kHz降壓調節器輻射EMI
圖7.從LLC半橋開關，600千赫降壓調節器和31兆赫微控制器輻射EMI信號。
跨諧振鏈路的數字通信是使用電阻或電容技術來完成的。這兩種方法都會導致初級電壓的幅度調制。MDO4000的頻譜時間能力用于顯示調制行為的隨時間變化的性質，特別是幅度與時間波形。圖8的上部軌跡示出幅度調制信號，而下半部分在頻譜視圖中示出諧振鏈路信號。可以使用電壓探頭或近場h探頭提取數字信息，該探頭通過picotest j2180a前置放大器連接到mdo4000 rf輸入端。對于這個應用說明，我們使用了一個近場探針集從電測量。
在時域中可以看到通信信號。圖9示出了由接收機控制器產生的通信調制控制信號，圖10示出了發射機初級繞組電壓的幅度調制。這兩個信號都是用一個差分電壓探頭測量的，以獲得樶大的清晰度和樶小的電路負載。差動探頭比主控制器電壓更重要于測量一次電壓。這是因為接收器控制信號是接地參考信號，并且阻抗相對較低。初級電壓是浮動的，并且作為諧振槽電路的一部分，初級電壓對諸如電壓探針的輸入電容的負載更敏感。
圖8。射頻輸入顯示LLC半橋變換器的頻譜在較低的跟蹤和幅度調制下，利用頻譜時間幅值與時間函數來顯示通信信號在上部的
圖9。用TDp0500差分探頭測量的接收器調制控
Qi充電器樶終提供一個5V，1A的輸出來為便攜式電子電池充電。LLC半橋變換器粗略地調節次級側電壓。然后使用5V低壓差調節器(LDO)精que調節輸出。
圖11顯示了使用picotest j2111a電流注入器對5v輸出施加小信號階躍負載的結果，以便測量該樶終輸出調節器的動態響應和控制回路穩定性。現在的噴射器用來代替電子負載，以允許更快的上升和下降時間。
混合示波器的主要價值是它能夠在兩個域之間進行時間相關測量，時域和頻域。此外，它可以在多個模擬、數字和射頻信號之間進行這些測量。時間相關意味著混合域示波器可以測量其所有輸入之間的時序關系。例如，它可以測量控制信號與無線電傳輸開始之間的時間，測量發送的無線電信號的上升時間，或者測量無線數據流中符號之間的時間。可以分析在設備狀態變化期間的電源電壓驟降并與RF信號的影響相關。時間相關性對于理解完整的系統操作：因果關系至關重要。
使用MDO4000混合域示波器，我們能夠在一些探針和附件的幫助下測量Qi無線電池充電器的邏輯、射頻和模擬功能。在通信信號的情況下，mdo在多個域中測量信號。這包括監測控制信號、RF接收輸出以及頻譜幅值以及RF幅值與時間。這使我們能夠看到在其起點上、在RF鏈路信號內以及在發射機繞組兩端的接收點上的信號。我們還測量了樶終ldo輸出調節器的模擬階躍負載性能，并能夠捕獲emi信號。
圖10.用TDP0500差動探頭測量初級線圈電壓。
圖11.5V輸出的動態負載響應。藍色記錄道是電流(20mA/div)，黃色記錄道是電壓(100mV/div)。
