???????? 作者： 意法半導體 Akshat JAIN Bruno TISSERAND Fabrizio Di FRANCO Martin DENDA, Rene WUTTE

無線電源將帶來廚房電器重大創新，廚電從此變得更智能、更纖薄，更加節省空間。無線充電聯盟即將發布新標準“Ki無線廚房”，屆時，從簡單的低功率榨汁機，到食品攪拌機或電水壺，以及其他的功率高達2.2千瓦的電器，所有廚電都將擺脫電源線的束縛。無線電源與廚電的互操作性是無線電源能否快速應用推廣的關鍵因素。無線電能發射器和廚電，無論是什么品牌、哪種廚電或使用的是哪一版Ki，凡是取得了Ki認證，都將遵循該技術標準規定的安全協議，能夠協同工作。

Ki發射器也可以視為一個智能電磁爐，它不僅可以為Ki接收器供電，還可以驅動標準電磁爐炊具，例如，加熱平底鍋。Ki標準利用近場通信（NFC）技術在電能發射器和電器之間智能通信，提供輔助電源、雙向數據通道、高級控制、設備驗證、異物檢測（FOD）等對于互操作性至關重要的功能。圖1是Ki無線廚房概念框圖。

▲圖1：Ki無線廚房概念框圖

意法半導體是一家服務多重電子應用領域、全球排名前列的半導體公司，從早期即開始參與Ki無線廚房標準的制定工作，并開發出了Ki無線廚房電源發射器的參考設計STEVAL-KITXCB評估板。該參考設計包括電源逆變器板、輔助電源板、NFC板、逆變器微控制器板、電源線圈、NFC天線和GUI板，如圖2所示。該解決方案采用模塊化設計方法，用戶可以輕松測試和調試所涉及的各個部件。

▲圖2：無線廚房評估板套件（STEVAL-KITXCB）

主電源板包含一個半橋拓撲逆變器。在傳輸電能期間，IGBT的開關頻率范圍是26 kHz至74 kHz。電源逆變器板連接電源線圈，STM32G474RET6微控制器通過數字化方式控制逆變器。得益于高分辨率定時器和豐富而先進的集成化模擬外設，該微控制器可以滿足數字電源轉換應用的需求。高性能通用NFC控制器ST25R3916安裝在專用子板上，負責管理Ki發射器和Ki接收器之間的NFC通信。NFC天線連接NFC子板。基于VIPer318高壓轉換器芯片的離線反激電路負責管理輔助電源，提供24V直流電流，同時確保電路體積緊湊，待機功耗很低。圖3是主電源逆變器板和評估套件子板的連接圖。逆變級基于STGWA50IH65DF溝槽柵極場截止650V IH系列IGBT，該系列功率晶體管的Vcesat和Eoff兩個參數非常低，確保晶體管在高開關頻率下能效很高，半橋柵極驅動器是魯棒性和驅動能力都很強的L6491D芯片，拉電流和吸電流都很大。

▲圖3：Ki無線廚房電源發射器參考設計（STEVAL-KITXCB）–框圖

NFC子卡上的專用微控制器STM32L476VGT64負責管理Ki廚房標準協議，并通過UART通信協議與控制電源逆變器的STM32G474RET6微控制器通信。在啟動期間，當Ki接收器/廚電置于感應中心上方時，Ki發射器將通過NFC提供初始電能，為設備的用戶界面供電，并建立通信載波，如圖4所示。當在用戶界面打開Ki接收器/設備（向Ki發射器發出供電請求）時，NFC將停止輔助電源傳輸，而Ki電源發射器的逆變器將通過感應方式將包括輔助電源在內的電能傳輸到Ki接收器。

▲圖4：NFC通信–空閑狀態和電能傳輸狀態

在電能傳輸狀態下，為了防止NFC和無線感應輸電之間互相干擾，在交流電壓過零期間，無線感應電能傳輸完全關閉，同時NFC變為工作狀態，如圖4所示。

Ki接收器與電磁爐（炒鍋/煮鍋）

標準電磁爐炊具是由鐵磁材料制成。電磁爐炊具（炒鍋/煮鍋）的底部可視為由一個繞組構成的低負載電阻感應線圈，從發射器接收的電能在這里轉化為熱量。因此，電能發射器線圈和炊具可視為一個變壓器，其中電磁爐炊具是短接的副邊繞組或次級（負載）。交流電流經過發射器諧振線圈，產生一個振蕩磁場，在電磁爐炊具內感應出電流。

Ki接收器主要由諧振線圈、諧振電容器、NFC電路和Ki接收器/電器電路組成。Ki發射器線圈的大小是固定的，而Ki接收器的線圈尺寸是變化的，具體尺寸取決于功率要求。為了最大限度地提高電能傳輸效率，Ki接收器的頻率必須調整到發射器的諧振頻率。現在，將有兩個諧振點：一個是Ki發射器，另一個是Ki接收器。為了提高能效，發射器需要以第二個諧振頻率運行，但這并不能保證Ki接收器能夠接收到最大功率。為了傳輸所需的功率，Ki發射器需要切換到第一個諧振頻率。STM32G474RET6微控制器控制算法負責管理這個諧振切換操作。

為了縮短開發時間，讓客戶能夠在終端應用中評估產品，意法半導體提供一個電能發射器參考設計（STEVAL-KITXCB評估板），同時正在開發不同類型的接收器參考設計。硬件設計文件和固件源代碼是許可使用，條款對開發者非常友好。