?幾個(gè)最具代表性的15W Qi無線充電產(chǎn)品和方案

iPhone在無線充電領(lǐng)域的選邊站隊(duì)，讓無線充電的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)暫時(shí)告一段落——雖然AirFuel力推的磁共振式無線充電標(biāo)準(zhǔn)有諸多優(yōu)勢(shì)，但是市場(chǎng)的天平已經(jīng)向WPC的Qi磁感應(yīng)技術(shù)傾斜，至少在在未來的幾年內(nèi)各廠商不用擔(dān)心站錯(cuò)邊，可以在無線充電市場(chǎng)放手一搏了。

不過經(jīng)驗(yàn)告訴我們，告別了標(biāo)準(zhǔn)的困擾，接下來很快就會(huì)進(jìn)入到硬碰硬的競(jìng)爭(zhēng)，大家勢(shì)必會(huì)在一些核心的性能指標(biāo)上展開角力。

其中，功率一定會(huì)是一個(gè)核心的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。以往充電功率低，一直是無線充電的軟肋，特別是有線充電前幾年打出了一波“快充”攻勢(shì)之后，目前主流的有線快充功率都是在20W上下，而無線充電還在5W徘徊。

實(shí)際上早在2015年，WPC公布的新一代Qi標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持最高15W的中等功率充電，理論上這已經(jīng)可以與有線快充技術(shù)比肩。但也許是受到無線充電市場(chǎng)整體趨勢(shì)的影響，在過去兩年中市場(chǎng)上相關(guān)的產(chǎn)品和方案并不活躍。

而在蘋果宣布推出采用定頻調(diào)壓架構(gòu)、7.5W的無線充電方案之后，中等功率無線充電市場(chǎng)似乎被激活了，各個(gè)廠家更大功率的無線充電方案都在躍躍欲試，希望能夠在市場(chǎng)競(jìng)逐中爭(zhēng)得好位置。

圖1，無線充電系統(tǒng)示意圖（圖片來源：IDT）

在無線充電解決方案中，發(fā)射和接收控制器處于核心的地位，所以各個(gè)深耕Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)的廠商，也都以此類產(chǎn)品為龍頭，來帶動(dòng)整個(gè)參考解決方案的開發(fā)。

我們從市場(chǎng)中選取了幾個(gè)最具代表性的15W Qi無線充電產(chǎn)品和方案，從中和大家一起體會(huì)行業(yè)發(fā)展的脈動(dòng)。

今年3月8日，WPC發(fā)布了最新的Qi標(biāo)準(zhǔn)版本V1.2.4，新版本不僅將認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為以前針對(duì)中功率充電的EPP（Extended Power Profile）規(guī)范,也更為關(guān)注產(chǎn)品和方案在充電穩(wěn)定性、充電效率、FOD、對(duì)手機(jī)的干擾等方面的性能表現(xiàn)，這被視為無線充電技術(shù)和市場(chǎng)升級(jí)的一個(gè)標(biāo)志。對(duì)于這種技術(shù)演進(jìn)的預(yù)判和響應(yīng)，也已經(jīng)體現(xiàn)在以下這些產(chǎn)品和方案中，值得細(xì)細(xì)品味。

新唐科技

新唐科技基于其Mini55 32位MCU開發(fā)出符合Qi標(biāo)準(zhǔn)EPP規(guī)范的發(fā)射端解決方案。Mini55內(nèi)置ARM Cortex-M0內(nèi)核，有豐富外設(shè)資源，可靈活增添功能，具備高性能、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)解碼接收端發(fā)送的信號(hào)，據(jù)此調(diào)整脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM）的頻率，控制諧振電路之頻率改變充電電流，從而滿足發(fā)射端的要求，增加了動(dòng)態(tài)功率調(diào)整功能，當(dāng)輸入功率不足時(shí)，也能保證充電。

該方案符合Qi V1.1.2 A11標(biāo)準(zhǔn)，兼容Qi標(biāo)準(zhǔn)接收器，具有金屬異物檢測(cè)功能 (FOD)、過溫與限流等保護(hù)功能，確保使用者安全。

圖2，新唐科技的15W Qi無線充電發(fā)射端解決方案（圖片來源：安富利）

IDT

很多專注于無線充電領(lǐng)域的公司，通常會(huì)推出發(fā)射端+接收端的整體解決方案。比如下面這款參考設(shè)計(jì)就是基于IDT的發(fā)射控制器P9242-R和接收控制器P9221-R開發(fā)的15W無線充電完整解決方案。

P9242-R是一款為15W電磁感應(yīng)無線充電應(yīng)用而設(shè)計(jì)的符合WPC 1.2標(biāo)準(zhǔn)的高集成度發(fā)射端控制器，可以在4.25V至21V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)86%的端對(duì)端效率。

它內(nèi)置ARM Cortex-M0內(nèi)核、FOD功能、全橋驅(qū)動(dòng)器和片內(nèi)同步電源和電源檢波功能，通過一個(gè)I2C借口去讀取外部反饋的電壓、電流和故障狀態(tài)信息，以做出及時(shí)精準(zhǔn)的調(diào)控。

圖3，基于IDT P9242-R的15W Qi無線充電發(fā)射端方案框圖（圖片來源：安富利）

圖4，基于IDT P9242-R的15W Qi無線充電發(fā)射端方案實(shí)物圖（圖片來源：安富利）

與P9242-R配對(duì)使用的是P9221-R接收端控制器，用于將AC電源信號(hào)整流為9-12V的DC輸出電源。該器件集成了低RDS(ON)的同步整流器和超低壓差的穩(wěn)壓器，實(shí)現(xiàn)了高效率。

該器件也是通過一個(gè)內(nèi)置的ARM Cortex-M0內(nèi)核來完成接收端和發(fā)射端之間的匹配優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)可編程的輸出電壓設(shè)定（包括5V、9V和12V）。支持15W中功率無線充電的特性使得該器件適用于需要快充功能的手機(jī)、平板電腦、醫(yī)療設(shè)備和其他配件。

圖5，基于IDT P9221-R的15W Qi無線充電接收端方案框圖（圖片來源：安富利）

圖6，基于IDT P9242-R的15W Qi無線充接收端方案實(shí)物圖（圖片來源：安富利）

STMicroelectronics

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）也是一家積極跟進(jìn)無線充電動(dòng)向的公司。因應(yīng)Qi標(biāo)準(zhǔn)的更迭，ST推出了支持EPP規(guī)范的15W發(fā)射端控制器STWBC-EP，該控制器的待機(jī)功耗僅16mW，端到端的效率能夠達(dá)到80%，此外位置檢測(cè)、FOD、Q因數(shù)測(cè)量的功能也一應(yīng)俱全。

STWBC-EP集成有一個(gè)DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器和控制器，以及Qi充電算法固件，開發(fā)者無需在設(shè)計(jì)中集成軟件和使用額外微控制器，即可完成方案設(shè)計(jì)。

DC/DC轉(zhuǎn)換器和控制器協(xié)同產(chǎn)生輸出功率和控制信號(hào)，傳送到外部半橋功率級(jí)，用于驅(qū)動(dòng)充電發(fā)射電路天線。該架構(gòu)讓設(shè)計(jì)人員能夠靈活地優(yōu)化外部半橋及相關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)器，支持5~12V的電源電壓，確保兼容USB快充。

圖7，基于ST STWBC-EP的Qi無線充電發(fā)射端參考設(shè)計(jì)（圖片來源：安富利）

在接收端，ST的方案是基于15W接收控制器芯片STWLC33。這款電磁感應(yīng)式無線充電接收器可以同時(shí)支持Qi 1.2和AirFuel感應(yīng)式無線充電兩種協(xié)議，而且可以根據(jù)需要將自己的“角色”由接收器切換為發(fā)射器模式，為其他設(shè)備供電。該芯片還集成了高效率同步整流器、低壓差線性穩(wěn)壓器以及輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)總效率高達(dá)80%。

圖8，STWLC33接收控制器系統(tǒng)框圖（圖片來源：安富利）

NXP

NXP是最早投身于15W Qi標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)方案開發(fā)的廠商，所以提到更高功率的無線充電方案顯然不會(huì)缺席。以下圖8所示，是由Avnet開發(fā)的兩款中功率無線充電發(fā)射端解決方案，其采用的就是NXP的MWCT10xx發(fā)射控制器。

它們都支持最新的Qi MP v1.2.4標(biāo)準(zhǔn)，并向下兼容以前的低功率無線充電標(biāo)準(zhǔn)版本。方案A可以支持高至15W的無線充電功率，方案B則可支持蘋果的7.5W以及三星的10W無線快充功能，為開發(fā)者提供更多的選擇。

圖9，基于NXP MWCT10xx的中功率Qi無線充電發(fā)射控制端方案（圖片來源：安富利）

在上述的方案中，同樣體現(xiàn)出安富利充分利用優(yōu)勢(shì)資源的設(shè)計(jì)整合能力，從下列的BOM中，我們可以看到一眾優(yōu)質(zhì)芯片供應(yīng)商的產(chǎn)品都被囊括其中。

表1，方案A核心元器件BOM

表2，方案B核心元器件BOM

總之，15W的無線“快充”時(shí)代已經(jīng)來臨，此時(shí)備足糧草、積極應(yīng)戰(zhàn)已經(jīng)是想要淘金無線充電市場(chǎng)的玩兒家必然的選擇。從我們粗粗的盤點(diǎn)來看，今后技術(shù)、市場(chǎng)上演的戲碼，應(yīng)該是看點(diǎn)十足。