无线充电在智能水杯中的应用

无线充电在智能水杯中的应用
针对低碳、环保生活领域对无线充电的应用，提出基于SMT32F103C8T6单片机实时系统智能水杯的设计方法。

在此基础上，采用了原装TI芯片BQ51013B，有充电芯片TP4056对水杯中的锂电池可以对锂电池进行CV/CC充电，而且恒流充电电流可调节。

标签：SMT32F103C8T6；BQ51013B；无线充电
Abstract：Aiming at the application of wireless charging in the field of low carbon and environmental protection，the design method of intelligent water cup based on SMT32F103C8T6 single chip microcomputer in real time system is put forward. On this basis，the original TI chip BQ51013B，with charging chip TP4056 can be used to charge the lithium battery in the water cup by CV/CC，and the constant current charging current can be adjusted.
Keywords：SMT32F103C8T6；BQ51013B；wireless charging
1 概述
目前市场上的水杯正在逐渐步向多元化和功能复杂化发展，其中重要的原因是随着现在社会的进步与经济的发展，人们对生活质量要求越来越高，能在繁忙的工作，学习中能够简便，方便地饮用热腾腾的咖啡，茶水等。

这款水杯通过无线充电对水杯进来方便快捷的加热，将水杯放置在无线充电底座即可，然后由水杯上的显示器显示水温温度。

2 系统功能
近年来，市场上出现了各种繁多的智能水杯，但是并不是每一款水杯都适合客户人群，对此提出：水杯中配置OLED屏，可以显示温度和水杯中内置电池电量，方便查看水温。

充电系统，由TP40566充电芯片，在无线充电中给水杯中内置电池充电。

内置充电电池可在无充电状态下提供电能于单片机和显示屏。

本款水杯内置手机APP控制，可通过手机APP调节温度，设置完放置在无线底座即可。

3 设计思路
3.1 功能结构
3.1.1 BQ51013B产品描述
BQ51013B是一系列先进、灵活、二次侧设备便携无线电力传输的应用程序。

BQ51013B设备提供交流/直流电源转换和监管，同时集成所需的数字控制符合气v1.1的通信协议。

一起BQ50xxx主面控制器，BQ51013B是一个完整的非接触式电能传输系统的无线电源解决方案。

建立全球反馈从次要到主为了控制权力交接过程中利用气v1.1协议。

BQ51013B设备集成低电阻同步整流器，低压差调节器、数字控制和精确的电压和电流循环，以确保高效率、低功耗。

BQ5101xB还包括一个数字控制器，可以计算的电量。

3.1.2 BQ51013B的工作原理
使用BQ51013B作为无线电源。

当将简化原理图所示的系统放置在充电垫上时，接收器线圈感应耦合到由充电垫中的线圈产生的磁通量，从而在接收器线圈中感应电压。

内部同步整流器将此电压馈送到具有滤波电容C3的REST引脚。

BQ51013B使用COMM管脚通过打开和关闭COMMFET，从而开关进出CCOMM，来标识和认证自己到主电路。

如果认证成功，发射机将继续供电。

BQ51013B测量RECT管脚处的电压，计算实际电压与期望电压VRECT-REG之间的差（空载时的阈值1），并将错误分组发送回主电路（动态VRECT阈值显示在电气特性表中）。

这个过程一直进行到输入电压稳定在VRECT-REG。

在负载瞬态期间，动态整流器算法将设置由VCRT-RG阈值1，2，3和4指定的目标。

该算法被称为动态整流器控制，用于增强电源的瞬态响应。

在上电期间，LDO 被保持，直到VCRT-RG阈值1收敛。

电压控制回路确保输出电压保持在VUT-RG 上以对系统供电。

同时，BQ51013B继续监视输入电压，并且保持每250ms向一次发送错误分组。

如果发生大的超调，则对一次的反馈速度高达每32ms一次，以便以更短的时间收敛到工作点上。

3.1.3 BQ51013B的主要技术参数
3.2 BQ51013B特性
（1）集成式无线电源接收器解决方案
a.93%的整体峰值交流/直流转换效率；
b.完全同步整流器；
c.符合WPC v1.2 标准的通信控制；
d.输出电压调节；
e.仅在Rx 线圈和输出之间需要IC。

（2）符合无线电源联盟（WPC）v1.2标准（启用FOD）的高精度电流检测。

（3）动态整流器控制，可改进负载瞬态响应。

（4）可在宽泛的输出电源范围内优化性能的动态效率调节。

（5）针对稳健通信的自适应通信限制。

（6）支持20V最高输入电压。

（7）低功率耗散整流器过压钳位（VOVP=15V）。

（8）热关断。

（9）用于温度监控、充电完成和故障主机控制的多功能NTC和控制引脚。

4 应用
符合WPC v1.2标准的接收器，手机和智能电话、耳机、数码摄像机、便携式媒体播放器和手持设备。

5 结束语
BQ51013B器件是灵活的高级单芯片次级侧器件，适用于便携式应用中的无线电力传输，可提供高达5W的功率。

BQ51013B器件在集成符合无线电源联盟（WPC）Qi v1.2通信协议所需的数字控制的同时提供接收器（RX）交流/直流电源转换和调节。

BQ51013B与BQ50012A初级侧控制器（或其他Qi发送器）相结合，可为无线电源解决方案实现一款完整的非接触式电力传输系统。

使用Qi v1.2协议，在次级侧与初级侧之间建立全局反馈，从而控制电力传输过程。

BQ51013B集成了一个低电阻同步整流器、低压降稳压器、数字控制以及精确电压和电流回路，可确保高效率和低功率耗散。

BQ51013B还包括一个数字控制器，用于计算移动设备接收的电量（不超过WPC v1.2标准设定的限值）。

然后，控制器将该信息传输至发送器（TX），以便TX能够确定磁性界面内是否存在异物以及是否需要提升磁场内的安全级别。

该异物检测（FOD）方法属于WPC v1.2规范中要求的一部分。

BQ51013B是一种完全集成在单个设备中的无线功率接收器。

该设备符合WPC v1.2无线功率接收器规范。

当与WPC v1.2兼容发射机配对时，它可以提供高达5W的功率。

参考文献：
[1]李秀忠.单片机应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[2]王靜霞.单片机应用技术（C语言版）[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[M].北京：电子工业出版社，2012.。