適用可穿戴裝置的無線鋰電池充電器解決方案

作者:ADI 電源產品應用工程師Wenwei Li


簡介

LTC4126 是具有1.2 V無電感DC-DC轉換器的全功能7.5 mA 無線鋰 (Li-Ion)電池充電器,設計用於助聽器、無線耳機和其他需要無線充電的空間受限可穿戴產品。LTC4126 可與基於 LTC6990 的ZVS 單晶體管發射器組合使用,獲得完整的無線充電解決方案。

高效無線輸入功率控制器

可穿戴裝置越來越傾向於使用無線電池充電,無需使用電纜或外部連接器,因此改善了用戶體驗。LTC4126充電器、DC-DC轉換器具有一個無線功率控制器,使其能夠從發射線圈產生的交流磁場無線接收功率(如LTC6990解決方案)。無線功率控制器將接收器端諧振電路的交流電壓整流成VCC接腳的直流電壓。此直流電壓送入線性充電器,線性充電器再調節對電池的充電。

如果LTC4126接收的能量超出所需能量,無線功率控制器透過將接收器諧振電路分流接地來調節線性充電器的輸入VCC。這樣,線性充電器將高效運行,因為其輸入正好保持在電池電壓VBAT之上。接合分流電路時,諧振電路也會接收較少的功率,因為諧振頻率與發射器頻率失調。

Rectification of ac input and regulation of dc rail voltage

圖1. 交流輸入整流和直流軌電壓調節。

全功能線性電池充電器

LTC4126中的整合式恆流(CC)/ 恆壓(CV)線性鋰電池充電器可透過一組完整的保護功能確保充電週期正常運行,包括安全計時器的自動充電和自動終止、不良電池檢測和超出溫度範圍充電暫停功能。LTC4126包括可傳遞至系統微控制器的充電器狀態和電池電壓位準訊號。

無電感低雜訊DC-DC轉換器

LTC4126包含一個整體式無電感充電泵DC-DC轉換器,透過電池調節系統負載輸出。LTC4126的DC-DC轉換器可透過其EN接腳切換,進而允許透過微處理器進行控制。EN接腳也可與LTC4126的 PBEN 接腳配合使用,以實現按鈕控制——無需額外的去抖電路。

充電泵DC-DC轉換器具有三種操作模式,具體取決於電池電壓,以提升整體效率。

Theoretical maximum converter efficiency vs. battery voltage

圖2. 最大理論轉換器效率和電池電壓。

Complete 6 mm diameter wireless battery charger receiver with integrated dc-to-dc converter

圖3.具有整合式DC-DC轉換器和充電器狀態輸出的完整6 mm直徑無線電池充電器接收器。

微型PCB板的完整應用電路

由於LTC4126的高度整合式設計,只需幾個外部元件即可創建完整的無線充電器接收器解決方案。在直徑為6 mm 的應用板上,可將整個設計安裝在助聽器或耳塞的內部。

單晶體管ZVS諧振無線功率發射器

圖4中所示的單晶體管發射器是使用LTC6990作為振盪器來驅動低功率電晶體的簡單諧振電路。為實現ZVS操作,發射器諧振迴路頻率設定為振盪頻率的1.29倍。透過此方式,大幅減少切換損耗,並提升整體無線充電效率。此發射器只需幾個元件,並可安裝在小型外殼中。

Complete wireless charging solution with single transistor ZVS transmitter

圖4. 具有單晶體管ZVS發射器和LTC4126接收器的完整無線充電解決方案。

ZVS operation when f<sub>TX_TANK</sub> = 1.29 × f<sub>DRIVE</sub>

圖5. ZfTX_TANK = 1.29 × fDRIVE時的ZVS操作。

結論

LTC4126是受到良好保護、高度整合、極其精巧的無線充電器接收器解決方案,是可穿戴裝置的理想選擇。將LTC4126(可穿戴裝罝端)與基於LTC6990(充電站端)的ZVS單晶體管發射器組合在一起,可輕鬆實現完整的無線充電解決方案。基於這些裝置的完整解決方案,將提供低功耗和低成本之優勢。