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4. 模拟模块
次级线圈是模拟模块的供电；主线圈和次级线圈组成一个完整的无芯谐振变压器。通过电磁耦合，交变磁场将在次级线圈产生交流电源，然后全桥整流器将交流转换为直流。图3显示部分模拟模块的原理图。

4.1 全桥整流器
在此解决方案中，FAN156 （U10）比较器、FDMA8878（M1、M2、M3、M4）N沟道MOSFET、FAN7085和FAN3180（U2、U3、U4、U5）MOSFET驱动器组成全桥整流器。FAN156器件的输出信号直接馈入FPGA,然后FPGA向全桥整流器提供控制信号H1、L1、H2和L2.

FAN156比较器用于检测线圈两端的极性。如原理图中所示，如果线圈+为正极，线圈-为负极，则FAN156比较器向FPGA提供“H”信号。类似地，如果线圈+为负极，而线圈-为正极，则FAN156比较器向FPGA提供“L”信号。然后PWM控制模块将根据这些输入提供输出。从全桥整流器角度来看，如果线圈+为正极，线圈-为负极，则N沟道MOSFET的M1和M4应导通，而M2和M3应关断。类似地，如果线圈+为负极，线圈-为正极，则N沟道MOSFET的M2和M3应导通，而M1和M4应关断。这样就构成一个整流循环，在M1和M4打开与M2和M3闭合之间或M2和M3打开与M1和M4闭合之间应存在死区时间。这是因为有一个潜在风险，例如，当FPGA发送指令使M1和M4导通时，同时M2和M3也导通并将关断，因此M1和M2将构成一个低阻抗路径。应避免这种情况。需要死区时间以确保M2在M1导通之前关断。在此解决方案中，可在FPGA PWM控制模块中添加死区时间。图4说明了PWM控制模块的时序图。 请注意，“1”指逻辑“H”,“0”指逻辑“L”,FAN7085为负逻辑。

4.2 V/I检测和AD控制模块
V/I检测和AD模块负责电压和电流数据采集，这些参数对于FPGA控制模块至关重要。在此解决方案中，10位ADC（U8、U9）、差分放大器（U6）和FAN4931器件（U7）组成V/I检测和AD控制模块。一个20毫欧精密电阻用于检测电流，差分放大器则放大该精密电阻上的压降。例如，将差分放大器设置为100 V/V增益，且ADC的参考电压为2.5 V,因此可检测到的电流为1.25 A,并且理论精度小于2 mA.

精密分压电阻R9和R10用于检测整流DC电压Vrec;如果R9=75 K且R10=24.9 K（如原理图中所示），由于ADC的参考电压为2.5 V,因此可检测电压为10 V,理论精度小于10 mV.FAN4931器件用作电压跟随器，以实现ADC和电阻分压器之间的阻抗匹配。

ADC、CS和CLK的控制信号来自FPGA控制模块。其输出数据将馈入FPGA,计算模块将利用此数据计算收到的功率，而控制模块将利用此数据作为verilog程序的输入信号。

5. 数字模块
数字内核模块内置在FPGA中，其对功率接收器系统至关重要。

5.1 通信和PWM控制模块
WPC Qi标准从系统控制角度提供了功率传输阶段的详细说明。 从功率****到功率接收器的功率传输包含四个阶段：启动（选择）、ping、ID和C（识别和配置）以及PT（功率传输）。图5说明了这些阶段之间的关系。

WPC Qi标准还定义了功率传输阶段中的严格时序要求。根据这些要求，本文给出了状态机，包括九种不同状态，并且将根据此状态机编写FPGA控制模块程序。图6说明了控制模块状态机。

每次将接收器板置于无线充电器垫上时，控制程序将进入状态0.如果连接（ping）成功，接收器将进入充电状态。这样控制程序将保持在状态5和6中，控制模块将发出控制错误包以调节充电电流，还将发送接收的功率包以实施FOD（异物检测）功能。

5.2 计算和Rx及Tx模块
计算模块用于计算信号强度、控制错误和接收功率。在模拟模块中，ADC将向FPGA提供电压和电流信息，计算模块将获取信号强度、控制错误和接收的功率，并将其发送给Rx和Tx模块。

信号强度值可使用以下公式计算得出：

其中，U是监控的变量，Umax是值，即功率接收器在数字ping过程中预期该变量所达到的值。 请注意，功率接收器应在U≥Umax时将信号强度值设置为255.此处使用整流电压Vrec作为U,ADC将向FPGA提供10位数字化电压，而FPGA将用其计算信号强度。

接收功率值可由下式计算得出：

其中，功率和功率等级为配置包中包含的值，在低功率无线充电器应用中，功率应设置为10.按照WPC Qi 1.1.1版，功率等级应设置为0,这意味着功率接收器应向整流器输出提供- 5 W.请注意，此处公式2中的接收功率值不是实际值。应由下式转换：

其中，如果接收功率值为128,则意味着接收功率为5W.

所有这些算法都在FPGA中实施。

Rx和Tx模块使用来自计算模块的数据来处理数据包，并将这些数据包发送至功率****。WPC Qi标准定义了通信中的数据格式。在每次数据传输中，将传输一个数据包。一个数据包由一个用于位同步的前同步码（11位以上1）、指明数据包类型的一字节消息头、消息信息（127个字节）和一个校验和字节组成。一个数据字节为11位串行格式。此格式由一个位起始位、八个数据位、一个校验位和一个位停止位组成。起始位为零。数据位的顺序从有效位（LSB）优先。校验位为奇数，停止位为1.数据位采用差分双相码编码，其速度为2Kbps.数据格式如图 7中所示。

6. 结论
通过测试和分析，演示板在主要OEM的无线充电器垫上运行良好。这表明系统稳定可靠，具有一些实用价值。图8显示了此解决方案用于在主要OEM的无线充电器垫上对手机充电。随着便携设备越来越普及，便利充电将成为不断增长的趋势，而无线充电可能是选择。此解决方案采用一些分立式器件和一个FPGA,来验证Qi标准充电器接收器的设计，并对无线充电器接收器系统的架构和设计采用极高的技术参考值。随着无线充电器市场的发展，此方法可极轻松地集成到新的芯片中。