利用PSoC1實(shí)現(xiàn)基于WPC協(xié)議的電力發(fā)送器設(shè)計(jì)

1, 無(wú)線(xiàn)充電概述

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)表現(xiàn)出巨大的潛力。在不使用連線(xiàn)的情況下給電子設(shè)備充電不但可為便攜式設(shè)備用戶(hù)提供一種便利的解決方案，而且還讓廣大設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ふ业礁邉?chuàng)新性的問(wèn)題解決方法。許多電池供電型便攜式設(shè)備均能受益于這種技術(shù)，從手機(jī)到電動(dòng)汽車(chē)不一而足。

　　目前，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要有兩個(gè)聯(lián)盟A4WP和WPC。A4WP是以三星和高通牽頭的6家企業(yè)成立了無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟，而WPC主要有TI、三星、HTC、LG、海爾等109家成員。WPC主要是采用線(xiàn)圈耦合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，目前主要為5W產(chǎn)品的低功耗應(yīng)用制定規(guī)范，也在嘗試為高功率產(chǎn)品制定規(guī)范。它可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平面上為多個(gè)電器進(jìn)行充電，充電板的發(fā)射端與充電產(chǎn)品接收端距離為5毫米。而A4WP正在促進(jìn)共振方式無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的發(fā)展。充電板與智能機(jī)裝置擁有同樣頻率的共振線(xiàn)圈，通過(guò)共振來(lái)充電，因此即便智能手機(jī)不與充電板接觸也可進(jìn)行充電。另外，該技術(shù)無(wú)需考慮電波，可為多臺(tái)智能產(chǎn)品同時(shí)充電，并可通過(guò)非金屬表面的物體進(jìn)行充電，使用起來(lái)非常方便。

　　除了兩大聯(lián)盟的技術(shù)方式外，也存在其他幾種充電方式，比如以Wildcharge、Duracell兩家公司為主的傳導(dǎo)式充電、Powermat和Palm的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，以及以Powercast公司為代表的RF射頻充電技術(shù)等等，但無(wú)線(xiàn)充電方式還遠(yuǎn)不止這些。

　　2，WPC介紹

　　3，基于PSoC1的電力發(fā)送器設(shè)計(jì)

　　電力發(fā)送器（其通常為一個(gè)平面用戶(hù)將電力接收器放置在上面）連接至電源。符合WPC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備線(xiàn)圈起到了一個(gè)50%占空比諧振半橋的作用，其輸入為19-VDC（±1 V）。如果電力接收器需要或多或少的功率，則線(xiàn)圈頻率會(huì)發(fā)生變化，但會(huì)保持在110到 205kHz 之間，具體取決于功率需求。

　　如第二部分介紹，電力發(fā)送器的關(guān)鍵電路是用于向電力接收器傳輸電力的一次線(xiàn)圈、驅(qū)動(dòng)一次線(xiàn)圈的控制單元以及解調(diào)一次線(xiàn)圈電壓或者電流的通信電路。圖2是采用Cypress的PSoC1對(duì)一次線(xiàn)圈的控制及驅(qū)動(dòng)電路，它采用的是A1設(shè)計(jì)。

　　圖2， WPC電力發(fā)送器驅(qū)動(dòng)電路

　　其中，LM5107是線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)芯片， 20N06HD是MOSFET管，Cp（約為100nF）是電路所有電容總和，Lp是一次線(xiàn)圈，A1設(shè)計(jì)中其值為24uH。

　　電力發(fā)送器的通信部分主要為解調(diào)來(lái)自電力接收器的電壓信號(hào)，并解析數(shù)據(jù)包。通信過(guò)程中采用的是差分雙向編碼（differential bi-phase encoding）方式，每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間開(kāi)始時(shí)電平都發(fā)生躍變，如果在半個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間后電平再次躍變，則代表1；而在整個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)電平不發(fā)生躍變，則代表0.如下圖3所示：

　　圖3，WPC通信編碼

在PSoC Designer中實(shí)現(xiàn)的原理圖如下圖4所示，

　　圖4，PSoC Designer設(shè)計(jì)原理圖

　　從上圖可以看到，對(duì)線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)控制采用的是PWM模塊PWMDB8_1，其與Port2_5和Port2_7相連以驅(qū)動(dòng)控制LM5107芯片。 解調(diào)來(lái)自電力接收器的電壓信號(hào)，PSoC1使用了4個(gè)元件(Decode_Timer，PGA_1， COMP_1和OneShot_1), Decode_Timer模塊用來(lái)計(jì)時(shí)，PGA_1對(duì)接受到的微笑信號(hào)放大， COMP_1把模擬信號(hào)變數(shù)字信號(hào)，OneShot_1對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步并產(chǎn)生中斷，軟件就根據(jù)Decode_Timer計(jì)算的OneShot_1兩次中斷的時(shí)間間隔來(lái)解碼協(xié)議。當(dāng)兩次中斷間隔為：

　　1T----解碼為邏輯1

　　1.5T----如果第一次收到1.5T間隔的中斷，解碼為兩個(gè)bit，邏輯1和邏輯0

　　如果第二次收到1.5T間隔的中斷，解碼為邏輯0

　　2T---解碼為兩個(gè)邏輯0

　　這里“T”為1bit傳輸時(shí)間

　　其軟件實(shí)現(xiàn)如下所示：

　　cur_time = Decode_Timer_COMPARE_REG;

　　if (cur_time > prev_time)

　　{

　　delta = 250 - cur_time;

　　delta += prev_time + 1;

　　}

　　else delta = prev_time - cur_time;

　　//estimate the delta between next samples taking into accoun timer overflow

　　prev_time = cur_time;

　　if ((delta > ONE_T_LOWER) (delta ONE_T_UPPER))/*1T*/

　　{

　　//ADD_BIT(1,WPTdata);