【導讀】製造業已經發展了200多年。工業4.0是第四次工業革命
，其重點在於互聯互通
、自動化
、機器學習和實時數據處理。隨著各種製造業都在向工業4.0邁進，為了保持競爭力並降低製造成本，製造商正致力於為工廠投入更多的設備，同時削減員工數量。

製造業已經發展了200多年。工業4.0是第四次工業革命，其重點在於互聯互通、自動化、機器學習和實時數據處理。隨著各種製造業都在向工業4.0邁進
，為了保持競爭力並降低製造成本，製造商正致力於為工廠投入更多的設備，同時削減員工數量。

圖1.製造業的發展

製造商正致力於在其工廠（即亞馬遜配送倉庫和裝配線）和倉庫中大力投資先進的移動機器人技術，來承擔大部分的材料建造
、組(zu)裝(zhuang)和(he)運(yun)輸(shu)工(gong)作(zuo)。然(ran)而(er)，這(zhe)些(xie)移(yi)動(dong)機(ji)器(qi)人(ren)必(bi)須(xu)定(ding)期(qi)充(chong)電(dian)，這(zhe)對(dui)工(gong)業(ye)工(gong)廠(chang)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)個(ge)日(ri)益(yi)嚴(yan)峻(jun)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。如(ru)今(jin)
，無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)空(kong)間(jian)做(zuo)出(chu)了(le)一(yi)些(xie)改(gai)進(jin)
，讓(rang)這(zhe)些(xie)機(ji)器(qi)人(ren)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)了(le)工(gong)廠(chang)的(de)製(zhi)造(zao)能(neng)力(li)和(he)效(xiao)率(lv)。隨(sui)著(zhe)組(zu)件(jian)選(xuan)擇(ze)
、線圈設計和電路板布局的正確結合
，無線充電技術正日益成為製造業的變革者，並且正在影響整個經濟。

無線充電的工作原理

最zui新xin的de無wu線xian充chong電dian解jie決jue方fang案an采cai用yong了le基ji於yu電dian磁ci感gan應ying原yuan理li的de技ji術shu。當dang交jiao流liu電dian通tong過guo發fa送song器qi側ce的de感gan應ying線xian圈quan時shi，會hui產chan生sheng振zhen蕩dang磁ci場chang。當dang此ci振zhen蕩dang磁ci場chang與yu接jie收shou器qi側ce的de感gan應ying線xian圈quan耦ou合he時shi，接jie收shou器qi側ce線xian圈quan會hui產chan生sheng交jiao流liu電dian（見圖2）。

圖2.借助感應式無線充電
，無線充電解決方案的接收器側線圈會產生交流電

無線充電係統需要許多組件，包括發送器線圈、調諧電容
、線圈驅動器和接收器線圈。其他組件還包括二極管整流器、直流-直流轉換器、發送器和接收器控製電路及算法

，以及電池充電電路。

在下麵給出的示例中，無線充電係統借助電磁感應，能夠將電能從安裝在工廠車間的充電源墊傳輸到安裝在移動機器人上的接收墊。

圖3.工廠車間移動機器人的無線充電

工廠車間無線充電的優勢

chuyuduozhongyuanyinkaoliang，caiyonggenggaoxiaolvhechengbenyouhuazujiandexiandaiwuxianchongdianxitongjingguoyanzheng
，yichengweigongchangshezhidebiangezhe。shouxian
，taketongguoduozhongfangshitigaoshengchanlibingjiangdizhizaochengben。taketongguojihuichongdian（即利用空閑時間充電）實shi現xian連lian續xu操cao作zuo，並bing減jian少shao投tou資zi，因yin為wei機ji器qi人ren支zhi持chi多duo種zhong用yong途tu，從cong而er用yong於yu不bu同tong的de操cao作zuo。此ci外wai，還hai減jian少shao了le人ren為wei幹gan預yu，因yin為wei充chong電dian過guo程cheng可ke以yi自zi動dong化hua，同tong時shi還hai降jiang低di了le維wei護hu成cheng本ben
，因yin為wei無wu需xu使shi用yong連lian接jie器qi和he電dian纜lan等deng，從cong而er實shi現xian完wan全quan非fei接jie觸chu式shi解jie決jue方fang案an。

其次
，這類充電係統還提高了安全性。它們消除了因連接器導致的火花及其內部汙染或水分引起的短路的風險。其他安全優勢包括：這zhe些xie解jie決jue方fang案an能neng夠gou可ke靠kao地di檢jian測ce發fa送song器qi和he接jie收shou器qi線xian圈quan之zhi間jian的de金jin屬shu碎sui片pian和he其qi他ta異yi物wu。此ci外wai，充chong電dian器qi和he機ji器qi人ren之zhi間jian可ke輕qing鬆song實shi現xian安an全quan驗yan證zheng，從cong而er避bi免mian未wei經jing授shou權quan的de訪fang問wen
，並bing且qie充chong電dian期qi間jian的de數shu據ju傳chuan輸shu可ke用yong於yu預yu測ce性xing維wei護hu以yi防fang止zhi停ting機ji。其qi他ta優you勢shi包bao括kuo：yuyouxianchongdianxitongxiangbi，wuxianchongdianxitongzaigongchangchejiandeweihuheqingjieyaorongyideduo。zheshiwanquanzidonghuagongchangdezhongyaogongxianzhe，kezuidaxiandudijianshaorenweiganyu，bingkefangzhiyuangongjianchuanbochuanranbing（如COVID-19），從而有助於營造更安全的環境。

克服無線充電實現挑戰

考(kao)慮(lv)到(dao)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)優(you)勢(shi)，在(zai)潛(qian)力(li)工(gong)廠(chang)設(she)置(zhi)中(zhong)采(cai)用(yong)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)將(jiang)製(zhi)造(zao)業(ye)提(ti)升(sheng)到(dao)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)水(shui)平(ping)，並(bing)解(jie)決(jue)困(kun)難(nan)的(de)生(sheng)產(chan)挑(tiao)戰(zhan)。然(ran)而(er)，無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)也(ye)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)。這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)包(bao)括(kuo)：與傳統有線充電相比，需要相對較高的投資來建造無線充電基礎設施，而且還存在相對較低的效率和EMI問題。如果發送器和接收器線圈之間有異物，也會存在與過熱相關的安全問題。BOM成本管理和組件選擇尤其重要。

在無線電源發送器中
，大功率無線電源係統中開關電流的關鍵回路包括功率開關、諧振電容和線圈。此回路涉及高電壓
、高電流和高開關頻率。這種高功率無線電力傳輸係統中的PCB布局

、組件布局和布線會影響效率
、EMI性xing能neng和he散san熱re
，進jin而er影ying響xiang係xi統tong性xing能neng和he可ke靠kao性xing。由you於yu線xian圈quan存cun在zai製zhi造zao可ke變bian性xing，線xian圈quan參can數shu變bian化hua也ye會hui帶dai來lai挑tiao戰zhan。線xian圈quan之zhi間jian的de變bian化hua可ke能neng導dao致zhi產chan品pin之zhi間jian存cun在zai差cha異yi

，從cong而er導dao致zhi行xing為wei不bu一yi致zhi和he現xian場chang性xing能neng不bu可ke靠kao。

suirantongyongqijiankeyongyugoujianwuxianchongdianjiejuefangan，danqixingnengwufadadaoyugudinggongnengtidaipinxiangtongdeshuiping。genjuzujianxuanzehedianlubanbujujuece，jiejuefangandechengbenhexiaolvyehuiyousuobutong。keyiliyongxuduofangfalaiyouhuamuqiandewuxianchongdianjiejuefangan。

構建優化的解決方案

固定功能器件用於優化無線充電解決方案
，這樣便能應對在高功率水平下實現安全、可靠、高效的無線電源這一挑戰。優化此解決方案的發送器和接收器電路是一個重要步驟，這種電路運行高度專業化的通信、功率控製和異物檢測（FOD）算法。這些算法基於大量的研發和多項授權專利。

理想情況下，無線充電解決方案中應采用帶內通信，這有助於消除帶外通信方案所增加的係統成本。尋找約100 kHz範圍內的電力傳輸頻率。應使用驅動發送器中全橋逆變器的PWM的可變頻率和可變占空比控製來執行功率控製。在高功率水平下
，FOD變得至關重要。采用這種方法時
，電力傳輸會短暫停止幾微秒，並使用解決方案的高性能外設和內核測量線圈電壓。當輸出FET關閉時，可通過計算線圈電壓的斜率來檢測是否存在異物。

選擇解決方案的所有組件（包括控製器、FET、穩壓器和線圈）shi，bixushichengbenfuhezongxitongyusuan，zhekenengxuyaobaohangaoduanjinshuchudian，yiquebaozaichaoshihuohuichenhuanjingzhongdekekaoxing。jiejuefangandexiaolvqujueyugonglvkongzhifanganhezuijiaxianquansheji。yigeshilishiMicrochip的WP300解決方案，其設計在超過100W的負載下可實現超過90%的效率。此效率是從發送器的直流輸入到接收器的穩壓直流輸出測得的。該解決方案可在12-36V DC的輸入電壓下工作，並且可以在接收器側調節到類似的電壓範圍。

在基於WP300的參考解決方案中，PCB布局、組件布局和PCB層疊已經過優化

，可實現最佳性能。在設計PCB時，已確保數字部分、模擬部分和電源部分彼此隔離
，這樣便可最大限度地減少噪聲耦合。

除了降低開關頻率外，還可在發送器中使用適當的控製方法和優化使用去耦電容來降低開關噪聲，進而減輕EMI問題。去耦電容可降低開關噪聲耦合
，但會增加損耗，從而導致熱耗散增加和效率損失。為優化設計，這些權衡的評估至關重要。

線圈參數可在生產線上組裝時進行校準。這種解決方案的優勢在於，可在產品測試期間將線圈校準數據寫入WP300TX IC
，從而實現整個產品的一致操作和可靠性能。最後，為在發送器和接收器之間創建1:1配對，可在帶內包含安全通信，以確保隻有經過發送器驗證的接收器才能獲得供電。圖4包含經優化可提供這些功能的300W發送器控製器和300W接收器控製器的框圖。

300W發送器

300W接收器

圖4.已針對無線充電進行優化的發送器和接收器電路框圖

係統開發人員應與可提供使用其無線充電解決方案的詳細指南的供應商合作，具體包括組件選擇、線圈設計和電路板布局的指南。供應商還應提供分步指導
，以確保最終產品能夠無縫執行。借助這種方法
，開發人員可節省時間、降低風險並簡化其無線充電器設計
，從而充分履行電磁感應技術的承諾，同時提高生產力、降低製造成本並提高安全性。

（來源：與非網）

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