在(zai)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)中(zhong)簡(jian)單(dan)分(fen)成(cheng)供(gong)電(dian)端(duan)與(yu)受(shou)電(dian)端(duan)
，供(gong)電(dian)端(duan)為(wei)電(dian)力(li)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)磁(ci)波(bo)能(neng)量(liang)發(fa)送(song)，而(er)受(shou)電(dian)端(duan)接(jie)收(shou)其(qi)電(dian)磁(ci)波(bo)能(neng)量(liang)後(hou)，進(jin)行(xing)電(dian)性(xing)轉(zhuan)換(huan)，將(jiang)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)到(dao)後(hou)端(duan)提(ti)供(gong)給(gei)受(shou)電(dian)裝(zhuang)置(zhi)充(chong)電(dian)或(huo)運(yun)行(xing)使(shi)用(yong)。

 

 

在zai電dian磁ci感gan應ying式shi無wu線xian電dian力li係xi統tong中zhong，於yu受shou電dian端duan所suo需xu能neng量liang大da小xiao或huo開kai啟qi或huo關guan閉bi充chong電dian功gong能neng會hui隨sui受shou電dian裝zhuang置zhi使shi用yong狀zhuang況kuang而er改gai變bian。對dui應ying其qi供gong電dian端duan線xian圈quan上shang可ke以yi透tou過guo不bu同tong調tiao節jie能neng量liang大da小xiao之zhi設she計ji進jin行xing發fa送song能neng量liang以yi進jin行xing搭da配pei。由you於yu受shou電dian端duan與yu供gong電dian端duan並bing沒mei有you實shi體ti連lian接jie，但dan功gong能neng上shang供gong電dian端duan又you須xu要yao得de知zhi受shou電dian端duan狀zhuang態tai以yi從cong事shi功gong率lv調tiao節jie
，因yin此ci為wei完wan成cheng受shou電dian端duan傳chuan送song控kong製zhi訊xun號hao到dao供gong電dian端duan再zai經jing解jie析xi後hou進jin行xing控kong製zhi形xing成cheng一yi個ge控kong製zhi回hui路lu，無wu線xian通tong訊xun成cheng為wei無wu線xian充chong電dian係xi統tong必bi備bei之zhi功gong能neng。

 

dianciganyingshiwuxianchongdianjiagouweigongdianduanfashediancinengliangjizaiboxunhao，shoudianduanzaijieshoudiancinengliangdetongshi
，yeduizaiboxunhaojinxingtiaozhi，jiangqibianmahoudetongxunziliaofanshedaozaiboxunhaozhizhong，gongdianduanzaiconggongdianxianquanshangzaiboxunhaojiexichutongxunziliaojinxingkongzhi，cijishuweiyejiemupubianchanpinyunzuoyuanli，shimianshangzhongduodeQi係列產品即使用此方式。

 

受(shou)電(dian)端(duan)將(jiang)通(tong)訊(xun)資(zi)料(liao)調(tiao)製(zhi)到(dao)供(gong)電(dian)線(xian)圈(quan)上(shang)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)中(zhong)，最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)成(cheng)本(ben)，此(ci)方(fang)式(shi)毋(wu)須(xu)額(e)外(wai)的(de)通(tong)訊(xun)模(mo)組(zu)且(qie)在(zai)實(shi)作(zuo)通(tong)訊(xun)隻(zhi)須(xu)從(cong)受(shou)電(dian)端(duan)傳(chuan)送(song)到(dao)供(gong)電(dian)端(duan)，是(shi)單(dan)向(xiang)傳(chuan)送(song)即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)大(da)部(bu)分(fen)功(gong)能(neng)需(xu)求(qiu)
，而(er)最(zui)大(da)的(de)缺(que)點(dian)在(zai)於(yu)影(ying)響(xiang)供(gong)電(dian)線(xian)圈(quan)上(shang)載(zai)波(bo)訊(xun)號(hao)狀(zhuang)態(tai)，主(zhu)要(yao)為(wei)受(shou)電(dian)端(duan)上(shang)負(fu)載(zai)與(yu)感(gan)應(ying)諧(xie)振(zhen)因(yin)素(su)。

 

本文專門研討在無線充電供電與受電線圈之間通訊調製與解調之技術，礙於篇幅有限
，關於無線充電其他原理就不再詳細說明。

 

 

有別於一般專門為通訊設計使用的天線，無線充電是以電力傳送為主要目標的線圈設計後，再因功能需求在其上進行通訊功能開發。

 

在電磁感應式無線充電中供電線圈上訊號的特性為：頻率偏低並且不固定
、訊號高電壓並具有電流驅動力，而此兩種特性都不利於通訊方麵的用途。

 

電磁感應式所使用的頻率約在100∼300kHz之zhi間jian，相xiang對dui於yu其qi他ta通tong訊xun技ji術shu該gai頻pin率lv是shi非fei常chang低di的de
，調tiao製zhi資zi料liao鮑bao率lv為wei求qiu可ke靠kao
，通tong常chang要yao遠yuan低di於yu主zhu載zai波bo頻pin率lv，加jia上shang本ben通tong訊xun技ji術shu之zhi載zai波bo隻zhi為wei供gong電dian端duan提ti供gong頻pin率lv，受shou電dian端duan隻zhi能neng透tou過guo振zhen幅fu調tiao變bian(AM)進jin行xing調tiao製zhi，再zai加jia上shang電dian力li傳chuan送song本ben身shen功gong率lv大da小xiao是shi透tou過guo改gai變bian頻pin率lv方fang式shi，進jin而er調tiao節jie線xian圈quan上shang諧xie振zhen之zhi振zhen幅fu完wan成cheng提ti高gao或huo降jiang低di功gong率lv輸shu出chu之zhi功gong能neng，所suo以yi主zhu載zai波bo頻pin率lv不bu固gu定ding再zai加jia上shang振zhen幅fu變bian動dong大da的de狀zhuang況kuang下xia，其qi供gong電dian端duan訊xun號hao解jie析xi所suo須xu濾lv波bo器qi的de設she計ji變bian得de困kun難nan。

 

另外
，要在供電線圈上提高功率
，線圈電壓須推到100Vyishang，qiexianquanshangdedianliujuyouxiangdangdadedianliutuili，cainengjiangnengliangtuisongdaoshoudianduanxianquanshang，yinweigongdianxianquanshangzengjiagonglvhoutigaodianyayudadianliudezhuangkuangxia，shoudianduanyaozaiqishangzaitiaozhixunhaokunnanduyetigao，zaitiaozhiyuanlilaikanshoudianduanxugaibianshoudianxianquanshangdezukangjinxingfanshedaogongdianxianquanshangyingxiangqixunhaozhenfu，zukanggaibianyueda，fanshehoudezhenfugaibianyueda
，qixunhaoyeyuerongyibianshi。

 

danshizuoshangbingfeirucilixiang
，weiletigaogonglvzhisongdianxiaolv，gongdianxianquanshiyongdizukangdaoxianyudidianganliangpeizhi，zaiqixianquanshangdianliuqudonglixiangdangqiangjin，jishishoudianduanfuzaigaibian

，yirannengtigongxiangdangdexunhaozhenfuyiweichituili，cishedingzaochengshoudianduanyaozaizaiboshangjinxingxunhaotiaozhibiandegengkunnan，yejiushiguangkaogaibianxianquanshangdezukangwufayouxiaofanshedaogongdianxianquanshangdezaiboxingchengmingxiangaibian
，zaibozhenfushangdetiaozhishendubuzu
，qixunhaojiexibiandekunnan。

 

zaizhe
，gongdianxianquanshangdexunhaobenshendaiyouhendazaxun
，zaxunlaiyuanxiangdangfuza，qizhuyaoweigongdianduanbenshenxiezhenzhixunhaodoudongwai

，haiyoushoudianduanfuzaifanyingsuozaocheng

，suoyifanshedaogongdianxianquantiaozhixunhaoxuyuandayuqizaxun
，caiyoukenengbeijiexihoujinxingjiema。zaicishuomingshoudianduantiaozhixunhaoyugongdianduanjietiaoxunhaoliangfangmiandouyoujishutiaozhanxukefu，shoudianduanxuchanshengmingquedetiaozhixunhao；供電端也須有能力在線圈高電壓諧振訊號中取出解調方法。

 

 

qianshusuotiyaodadaocongshoudianduanxianquanfanshetongxunziliaodaogongdianxianquan，xutouguotiaozhijishugaibianshoudianxianquanshangdezukangfangnengwancheng，ergaibiantiaozukangdefangfazaiguoqudechangshizhong

，weicaiyongkaiguanyuanjianwaijiafuzaiyutiaozhiqijianjiadaqixianquanshangdefuzaixiaoyingyongyufanshe。

 

這(zhe)樣(yang)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)功(gong)率(lv)加(jia)大(da)後(hou)會(hui)遇(yu)到(dao)瓶(ping)頸(jing)
，當(dang)受(shou)電(dian)端(duan)後(hou)端(duan)負(fu)載(zai)很(hen)大(da)的(de)狀(zhuang)況(kuang)下(xia)其(qi)受(shou)電(dian)線(xian)圈(quan)等(deng)效(xiao)負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)已(yi)經(jing)很(hen)低(di)
，若(ruo)為(wei)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)再(zai)加(jia)大(da)負(fu)載(zai)其(qi)接(jie)近(jin)於(yu)將(jiang)線(xian)圈(quan)短(duan)路(lu)，如(ru)此(ci)操(cao)作(zuo)會(hui)增(zeng)加(jia)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)與(yu)易(yi)燒(shao)毀(hui)元(yuan)件(jian)的(de)問(wen)題(ti)，再(zai)者(zhe)此(ci)方(fang)式(shi)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)於(yu)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)同(tong)時(shi)加(jia)以(yi)負(fu)載(zai)的(de)方(fang)式(shi)等(deng)於(yu)與(yu)供(gong)電(dian)端(duan)硬(ying)碰(peng)硬(ying)
，強(qiang)力(li)反(fan)射(she)到(dao)供(gong)電(dian)圈(quan)的(de)訊(xun)號(hao)在(zai)大(da)功(gong)率(lv)下(xia)調(tiao)製(zhi)深(shen)度(du)也(ye)不(bu)容(rong)易(yi)提(ti)高(gao)。

 

在(zai)此(ci)提(ti)出(chu)一(yi)個(ge)改(gai)良(liang)式(shi)的(de)調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)，其(qi)有(you)兩(liang)個(ge)重(zhong)點(dian)。其(qi)一(yi)為(wei)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)並(bing)非(fei)單(dan)在(zai)線(xian)圈(quan)上(shang)加(jia)重(zhong)負(fu)載(zai)，調(tiao)製(zhi)的(de)目(mu)標(biao)在(zai)於(yu)線(xian)圈(quan)阻(zu)抗(kang)的(de)改(gai)變(bian)
，所(suo)以(yi)反(fan)向(xiang)降(jiang)低(di)線(xian)圈(quan)阻(zu)抗(kang)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)調(tiao)製(zhi)之(zhi)目(mu)的(de)。其(qi)二(er)為(wei)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)並(bing)非(fei)一(yi)定(ding)要(yao)同(tong)時(shi)同(tong)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)進(jin)行(xing)調(tiao)製(zhi)，可(ke)在(zai)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)進(jin)行(xing)交(jiao)替(ti)式(shi)的(de)調(tiao)製(zhi)，使(shi)其(qi)受(shou)電(dian)端(duan)反(fan)射(she)訊(xun)號(hao)到(dao)供(gong)電(dian)端(duan)線(xian)圈(quan)上(shang)的(de)諧(xie)振(zhen)進(jin)行(xing)交(jiao)替(ti)互(hu)動(dong)，避(bi)免(mian)在(zai)大(da)功(gong)率(lv)下(xia)硬(ying)碰(peng)調(tiao)製(zhi)的(de)技(ji)術(shu)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)加(jia)大(da)調(tiao)製(zhi)深(shen)度(du)。

 

參考圖1為一實作電路圖，接收線圈(Coil)感應到電磁能量串接C1諧振電容連接到後端整流電路
，其端點S1與S2為反相訊號
，實作上從整流器看S1與S2為交替拉扯電壓訊號，在有負載的狀況下S1與S2波型接近於反相方波。而整流器設計為全橋式結構與傳統四個二極體整流器略有些不同，其上端維持D1與D2兩個二極體當S1與S2為高電位時將電流帶往高端，而下端有別於一般整流器改成兩個開關元件，其動作為當S1或S2為低電位時，其連接的開關元件Q13或Q23為導通狀態，使後端負載之接地電流可通往線圈。

 

圖1　受電端模組

 

以下整流器動作原理舉其中一端進行說明，兩端為對稱結構故為反相運作。當S1由高電位切到低電位，反之S2會從低電位切到高電位，此時動作應該Q13要進入導通
，另外Q23要開路，在過去常識中此電路稱為半橋同步整流

，Q13與Q23互相透過對相訊號進行開關。

 

圖1中為改良電路能提高其切換性能，以Q12與Q22簡易搭配出加速電路。以Q12來說明
，當S1為高電位時Q12會進入導通而上端S12會被下拉到低電位，而R121會消耗掉一些電流
，但因為阻值大所以損耗不多。

 

當S1準備切到低電位時Q12會切到開入，此時說明一個概念，其開關電路的閘極端可視為一個電容
，在切換的瞬間會有充放電時間，而采用MOSFET作zuo為wei開kai關guan元yuan件jian會hui有you一yi個ge特te性xing，便bian是shi能neng承cheng受shou大da電dian流liu與yu電dian壓ya，該gai閘zha極ji端duan的de電dian容rong就jiu會hui大da
，代dai表biao切qie換huan速su度du慢man，反fan之zhi速su度du快kuai的de元yuan件jian無wu法fa承cheng受shou大da電dian流liu與yu電dian壓ya

，在zai此ci舉ju例li為wei一yi般ban價jia位wei的de零ling件jian均jun接jie近jin此ci特te性xing。

 

在圖1中Q13與Q23為高電流元件速度慢，另外搭配Q12與Q22為低電流高速元件，動作為S1切到低電位的瞬間，Q12閘極端電壓會透過D122快速釋放Q12就會快速開路後，此時S2也將切到高電位，其S12電壓透過R121進行充電，而S12充電後使Q13進入導通
，此段動作為一連貫動作。

 

另外，說明當S2切入低電位時，Q13閘極端電容之電壓會透過D121快速釋放使Q13加速進入開路之狀況
，所以此區動作之原理為R121與R122是作為切入高電位時對閘極端充電導通用

；而D121與D122為切入低電位時

，用來快速釋放閘極端電容之電壓加速開路，而Q12之動作類似蹺蹺板用來切換方向所使用。

 

另外，Q131是用來暫停Q13導通所使用，Q131連接RX-U1進行控製，其從U1控製輸入高電位，就以Q131導通效果
，為使S12保持在低電位。

 

參考圖2其W6_3為線圈訊號
、W6_2為S12即Q13之閘極端訊號、W6_1為Q131閘極端訊號，當RX-U1輸出高電位到Q131便會使該區段S12訊號維持在低電位，造成整流器在該區段不發生導通狀況，用意在於暫停整流動作。

 

圖2　受電端線圈訊號、整流開關訊號與調製訊號

 

呼hu應ying前qian段duan所suo述shu，在zai調tiao製zhi技ji術shu中zhong改gai變bian線xian圈quan阻zu抗kang，在zai後hou端duan輸shu出chu有you負fu載zai的de狀zhuang況kuang下xia透tou過guo暫zan停ting整zheng流liu，即ji可ke降jiang低di受shou電dian線xian圈quan上shang的de阻zu抗kang
，但dan此ci方fang式shi須xu於yu後hou端duan有you負fu載zai的de狀zhuang況kuang下xia才cai能neng起qi作zuo用yong，當dang後hou端duan為wei空kong載zai的de狀zhuang況kuang下xia暫zan停ting整zheng流liu
，並bing不bu會hui改gai變bian線xian圈quan上shang的de阻zu抗kang。

 

所以另外要設計在空載下調製訊號的方法，加入R5、R6做zuo為wei空kong載zai下xia的de訊xun號hao調tiao製zhi用yong
，其qi分fen別bie從cong線xian圈quan兩liang端duan進jin行xing負fu載zai調tiao製zhi
，由you於yu是shi交jiao替ti運yun作zuo，所suo以yi兩liang個ge電dian阻zu采cai用yong不bu同tong阻zu值zhi，以yi對dui應ying在zai不bu同tong的de負fu載zai狀zhuang況kuang下xia產chan生sheng差cha別bie的de調tiao製zhi強qiang度du。因yin此ci整zheng個ge調tiao製zhi技ji術shu簡jian單dan說shuo明ming為wei當dang後hou端duan為wei空kong載zai或huo輕qing負fu載zai時shi，就jiu由youR5、R6擔任於調製期間加重受電線圈阻抗之工作，當後端輸出負載加重，其阻抗小於R5、R6後
，其調製作用將會喪失，所以透過暫停整流器運作的方式，以短暫降低受電線圈上的阻抗來產生調製效果。

 

參照圖3錯動式訊號圖，W7_3為受電線圈訊號
、W7_1與W7_2分別為P04與P11訊號、W7_4為S1訊號
，其與W7_3不同在於通過一個C1電容之諧振效果後取得較強電流推力，其波形也會接近方波訊號
；W7_5與W7_6分別為S12與S22訊號
，從圖3中可看到設計中的調製訊號從線圈兩端分別進行調製，並分成調製單端、解除調製
、調製另一單端後再解除調製完成
，此設計的用意在於對受電線圈接收電力影響最小的情況下
，產生最大調製訊號。

 

圖3　錯動式調製訊號圖

 

中功率供電端改良方法：高線圈電壓解調技術

前qian段duan所suo提ti為wei在zai受shou電dian端duan采cai行xing之zhi調tiao製zhi方fang法fa，用yong意yi在zai受shou電dian端duan與yu供gong電dian端duan線xian圈quan感gan應ying後hou，反fan射she最zui大da調tiao製zhi訊xun號hao與yu最zui不bu幹gan擾rao電dian力li之zhi傳chuan送song，其qi訊xun號hao反fan射she到dao供gong電dian線xian圈quan後hou在zai其qi上shang產chan生sheng振zhen幅fu波bo動dong。此ci段duan所suo介jie紹shao的de是shi，如ru何he將jiang該gai波bo動dong轉zhuan換huan成cheng能neng讓rang供gong電dian端duan主zhu控kongIC進行解碼之訊號。

 

參考圖4供電端模組方塊圖，此範例為在一個直流24伏特(V)供電驅動之供電端架構，開關驅動元件U4、U5為全橋驅動線圈與諧振電容C1
，理想狀況下線圈與C1zhongjianyingweizhengxianboxunhao
，danyinweiqiuxiaolv，qixianquanyudianrongcaiyongdizukangyuanjianpeizhi，suoyiyukaiguanxunhaoqiehuanshunjianweizhilaxingdedianyaqiehuanxunhao


，ergaixunhaoweifeixiezhenchengfen，yincizaidiyidaochuliweiquchuqudongdianyachengfenquchuchunxiezhenxunhao。

 

圖4　供電端模組

 

在圖4中由兩個運算放大器OPA1、OPA2構成兩個差動放大電路
，其OPA1動作為由R608與R609進行分壓驅動電源作為差動參考點
；另外

，由R610與R605對線圈諧振訊號進行分壓作為放大訊號輸入
，在此有一配置為R608、R609與R610

、R605之分壓比例皆為50比1，其用意在於取出與電源驅動電壓與諧振訊號中開關電壓失真相等後
，透過差動放大出諧振訊號高於電源驅動電之成分進行放大。

 

放大後輸出分成兩路，其一為經由D701後與R703
、R704、C704構成簡單檢波電路取出訊號之有效直流電壓
，參考圖5該電壓為V_dc訊號。

 

圖5　供電線圈訊號波峰取樣放大

 

另外一路由D603透過分壓電阻R603
、R604後輸入到OPA2作為差動放大輸入端，其訊號為圖5中之V_hw訊號再經OPA2放大後輸出為V_hwa訊號


，D603、D701用來控製V_dc與V_hw有相同的壓降，而R603

、R604、R703
、R704用來設定分壓比例使得V_dc能保持在略低於V_hw之訊號
，確保OPA2可以隻放大波峰中高低變化之部分。

 

OPA2輸出訊號再傳送到D601、R612、C612為一檢波電路，參考圖6中經過D601訊號為V_env該訊號為波峰訊號之檢波結果，但該訊號之直流穩態非固定值，所以在透過C613
、R614、R615構成之去交連耦合電路得到之波形為V_trig
，而該波型最後傳到TX-U1進行解碼處理
，在圖6中能看到原供電線圈上之訊號V_coil轉換到V_trig之差異。

 

圖6　供電線圈訊號檢波與交連耦合

 

另外
，在參考圖7中，V_coil上有間距不等的觸發訊號
，經由設計解調電路V_trig解析出清楚觸發訊號，而TX_U1在接收此連續觸發訊號組合進行解碼之動作。

 

圖7　供電線圈訊號與取出觸發訊號波形

 

圖8中(zhong)對(dui)應(ying)從(cong)受(shou)電(dian)端(duan)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)到(dao)供(gong)電(dian)端(duan)解(jie)調(tiao)訊(xun)號(hao)之(zhi)對(dui)應(ying)，其(qi)中(zhong)能(neng)看(kan)出(chu)調(tiao)製(zhi)訊(xun)號(hao)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan)，卻(que)可(ke)在(zai)供(gong)電(dian)端(duan)上(shang)解(jie)調(tiao)出(chu)相(xiang)當(dang)大(da)與(yu)清(qing)楚(chu)之(zhi)觸(chu)發(fa)訊(xun)號(hao)，此(ci)為(wei)本(ben)文(wen)所(suo)介(jie)紹(shao)新(xin)型(xing)訊(xun)號(hao)調(tiao)製(zhi)與(yu)解(jie)調(tiao)方(fang)法(fa)之(zhi)目(mu)的(de)，在(zai)最(zui)小(xiao)的(de)調(tiao)製(zhi)下(xia)完(wan)成(cheng)最(zui)大(da)的(de)訊(xun)號(hao)解(jie)調(tiao)
，此(ci)設(she)計(ji)能(neng)有(you)效(xiao)的(de)完(wan)成(cheng)在(zai)中(zhong)功(gong)率(lv)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)式(shi)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)中(zhong)透(tou)過(guo)線(xian)圈(quan)傳(chuan)遞(di)控(kong)製(zhi)資(zi)料(liao)。

 

圖8　受電端調製訊號對應到供電端解調訊號