如何從電路設計上提高無線充電器的充電效率
在上一期的文章里面我們一起分析了影響無線充電器充電效率的因素有哪些。那在這一期我們就一起來看一下，怎么提高無線充電器的充電效率。
首先我們分析一下發射端，也就是無線充電器的情況，看發射端哪些模塊對充電效率影響較大，應該如何處理。我們先從電路設計上去分析影響充電效率的因素，以及提高充電效率的方法。
1. MOSFET器件導通損耗
在5V的全橋充電系統中需要用到4個功率MOSFET，全橋結構有兩種情況，一種是4個NMOS管，另外一種是2個NMOS和2個PMOS。
系統在工作的過程當中至少有兩個管子是導通的，所以在發射部分功率MOSFET的損耗是最大的。
為了減少損耗，就需要考慮采用低導通內阻的管子，導通內阻相對較小的情況，系統的轉換效率會比較好。
當然MOSFET的低導通內阻與成本存在一定的關系，如果導通內阻很低，成本會相對較高，我們要從系統設計中折中考慮，找到一個好的平衡點。
2. 主控制器控制、控制響應不及時產生的損耗
在磁感應式無線充電系統中，接收端是被動感應端，理論上來講，發射端提供多少功率，接收端就可以接收到除損耗之外的所有功率。但在實際應用當中發射端的發射功率是根據接收端靈活調整的，過多的發射功率會在接收端的整流部分和降壓部分造成過多的功率損耗，所以為了盡量減少不必要的損耗，就需要對接收端的功率輸出做精確控制。
在系統工作過程中，發射端和接收端通過一個2kHz的調頻載波進行實時通訊，所以發射端通過解調可以得到一個接收端的功率反饋信息，再根據這個信息實時調整發射功率，以確保有效功率的最大化傳輸。
但對接收端負載來講，并不是一個恒定的穩定輸出，多數情況下輸出會有一個電流快速變動的跳變，對應的調制信號也會產生快速變化，這就要求發射板的主控制器能及時處理這些解調信號，從而及時調整功率輸出。
主控制器的主頻在一定程度上決定了處理器的處理能力，也就決定了對負載變化的調整速度，也最終決定了有效功率的情況。
另外關鍵的一點是，要對輸出功率精確控制就需要對PWM驅動信號精確控制，驅動信號是一個110KHz~205KHz的一個占空比50%的方波信號，所以PWM驅動信號需要以1KHz以下甚至以100Hz的階梯進行變頻輸出，這就要求主控的PWM控制單元性能要足夠好才能滿足要求。
3. 開關死區損耗
發射端我們完全可以看作是一個開關電源，通過MOS的開關來產生振蕩信號，所以系統的開關損耗是在所難免的。
為了減少損耗，理論上就要求PWM控制信號的上升和下降的時間足夠短。在5V全橋系統中，上半橋與下半橋同一時間只能開一個，即Q1和Q4或者Q2和Q3同時只能導通一組，如圖紅色箭頭部分為正常電流路徑，兩組管子交替導通，產生振蕩，輸出功率。
但開關驅動信號即PWM信號實際上無法做到同步開或關，如果有一個時刻Q1和Q3或者Q2和Q4會同時導通，出現瞬間短路的情況，系統在這個很短的時間段會產生很大的開關功率損耗，我們設計時需要避免同時開的情況，需要做一個死區處理，但如果處理不當，死區時間過長，系統的損耗也就加大。
要解決好這個死區的根本點其實就是PWM時序的控制。也就是在確保Q3關閉之前才開Q1，反之亦然。
所以可以從兩個方面來優化這個時序問題，減少死區。
一是從軟件調整，主控通過調整PWM時序來改善死區問題。
二是從硬件上去做延時處理，盡量縮短死區時間。比如一些簡單的RC延時電路，通過選取合適的RC值來調整RC電路的充放電時間，達到延時的效果，從而有效減少死區時間，提高充電效率。
當然，有些驅動芯片已經在死區及延時上做了考慮，設計人員要根據具體芯片方案去考量。
以上就是從電路設計上去提高無線充電器充電效率的方法和原理了。如果你想知道更多提高無線充電器充電效率的方法可以關注我們官方網站以后的內容。我們會提供更多的內容。
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