不要充电器的供电技术 - 图文(2)

2019-03-29 12:53

图8:Powercast公司的无线再充电解决方案。

可穿戴设备设计人员可以将Powercast公司的Powerharvester IC嵌入到可穿戴设备中,为一个或多个设备提供一定距离的无线充电。通过收集ISM频段的射频能量,这种IC可以向可穿戴设备的电池提供涓流充电。这种方法支持可水洗的密封设备。

这种解决方案的外形尺寸很小。Powerharvester芯片提供频繁和透明的再充电,允许使用更小的电池,从而支持更小更薄的设备。

在壁橱或梳妆台抽屉中可以安装类似手机发射器的小功率射频发射器。这种发射器可以为可穿戴服装提供充电区域。不管可穿戴设备是在壁橱里还是在抽屉里,这些设备的电池都能自动接收涓流充电。这种方法与接收器需要依赖一定频率范围内的随机射频信号的场景不相干。图9给出了射频电源种类。

图9:Charles Greene博士在2017年美国传感器博览会上的演讲中提到的射频电源种类。

这种创新解决方案成功的关键是采用了极其高效的射频至直流转换器设计,接下来看看这家公司管理他们系统的方式。 系统设计

我真的很喜欢Powercast的方法,因为只依靠环境中的射频能源会很难预测。通过提供其自己的射频能源,系统就能获取稳定的能量流。虽然在没有电的偏远地区,环境能源可能是一种更好的解决方案,但我相信大部分市场,特别是可穿戴设备市场,可以使用专门、可靠的无线发射器。

图10是距离可以从几英寸到超过100英尺的典型专用射频能量广播方案。发射功率范围可以从几微瓦到几毫瓦。

图10:Powercast系统可以为支持的设备提供自动充电,参数可以根据特定设计需求进行控制。这些参数有功率等级、频率、发射/接收天线增益和发射器数量、距离、设备工作周期以及系统成本。 频率的重要性

用弗里斯传输公式可以计算在发射天线增益为G、距离为r、工作频率为f或波长为λ的条件下,从增益为G的接收天线收到的功率。Greene博士的设计就是从弗里斯公式开始的。

2

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注:以下公式假设是远距离工作(随着r趋向于0,接收到的功率将趋向于无限大,因此这些公式使用有限制)。

事实上,单位为W/m的功率密度(S)与频率不相关:

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其中: P是发射功率; r是天线范围或距离; Γ是发射器反射系数; G(θ,Φ)是与角度有关的发射器增益。

T

T

T

T

T

天线的有效面积(A)与频率的平方成反比:

e

因此,如果特定设备允许的话,增加天线尺寸会使信号在较高频率下方向性更好。下面是基于雷达公式的计算:

其中: P是接收到的数据功率; G是最大的接收器增益。

R

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相反,频率越低,信号就越具有全向性,一般也允许更大的吞吐量。天线尺寸自然而然取决于接收设备的尺寸(例如,游戏控制器用915MHz双极子天线,或助听器等类似设备用2.4GHz或5.8GHz双极子天线)。 发射器

Powercaster TX 91501发射器采用免许可ISM频段的915MHz中心频率,并采用直接序列扩频(DSSS)技术对功率进行调制——DSSS是一种将原始数据信号乘以伪随机噪声扩展编码的扩频技术。扩展编码具有更高的码片速率(编码比特

率),支持宽带连续时间加扰信号。军方使用这种技术来有效对抗特别是窄带干扰/人为干扰信号,而使信号更不容易被潜在黑客发现。

数据则是采用幅移键控(ASK)数字调制方案,即给正弦信号赋予两个或多个与数字信息所采用的电平个数相对应的离散幅度电平。已调波形一般看起来像是一串正弦信号。 接收器

接收器侧也是大批量OEM设计和参考设计用PCC110射频至直流转换器IC和PCC210升压转换器IC,见图11。

图11:接收侧电源用Powerharvester芯片。

另外还有基于PCC110和PCC210 IC的P1110和P2110模块,见图12。


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