采用智能手機(jī)的無線充電參考設(shè)計(jì)

瑞薩電子已經(jīng)擴(kuò)大了與高通技術(shù)公司的合作，將30W Wattshare無線充電功能包括在采用最新Qualcomm Snapdragon 780G 5G移動平臺驅(qū)動的中檔智能手機(jī)上。新的參考設(shè)計(jì)基于瑞薩的P9412。它支持帶有認(rèn)證的專有快速充電模式和24kB多次可編程（MTP）非易失性存儲器。

瑞薩電子（Renesas Electronics）的移動基礎(chǔ)設(shè)施和IoT電源業(yè)務(wù)部瑞薩無線電源事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Amit Bavisi在接受EE Times采訪時(shí)，強(qiáng)調(diào)了兩家公司的持續(xù)合作是將集成無線電源功能擴(kuò)展到中國的重要一步。 5G智能手機(jī)。

“ 5G革命給手機(jī)設(shè)計(jì)人員帶來了挑戰(zhàn)，因?yàn)樵摷夹g(shù)具有更高的性能，并且比以前的產(chǎn)品更能支持更耗電的用戶應(yīng)用程序。隨著手機(jī)制造商在增加5G設(shè)備陣容的同時(shí)擴(kuò)大電池尺寸并在這些智能手機(jī)中包裝越來越多的功能，無線電源設(shè)計(jì)要求高效，快速的充電和更低的熱占用空間?！?Bavisi說。

5G無線充電

無線充電系統(tǒng)具有無線功率發(fā)射器基站，該基站具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器，這些發(fā)射器可通過DC-AC逆變器提供功率并將功率傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備中的一對電感器。典型的系統(tǒng)在線圈之間采用近場磁感應(yīng)，并且可以是自由定位或磁驅(qū)動系統(tǒng)。接收器控制傳輸?shù)墓β室詢?yōu)化充電。Rx-to-Tx通信通過傳輸頻率的帶內(nèi)通信使用現(xiàn)有的電源鏈路，或者也支持帶外通信。

“無線電源設(shè)計(jì)涉及硬件和軟件；毫無疑問，這是一個(gè)系統(tǒng)游戲。為了獲得穩(wěn)定且高性能的無線電源解決方案，一個(gè)好的設(shè)計(jì)必須具有可靠的硬件質(zhì)量和強(qiáng)大的軟件算法。它們并駕齊驅(qū)：無線電源確實(shí)是一個(gè)SoC，其中硬件和軟件相互影響，以創(chuàng)建完美的系統(tǒng)解決方案以及解決各種動態(tài)用戶場景所必需的可擴(kuò)展性，” Bavisi說。

圖1：典型系統(tǒng)的框圖（來源：瑞薩）

無線技術(shù)是眾所周知的，但是發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)，它們的位置，最大化效率的可能性以及驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的性能代表著復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要使用復(fù)雜的工程解決方案。

Qi是使用電磁感應(yīng)的無線充電系統(tǒng)。在通常為平坦表面的發(fā)射器或基站中，通過可變電流通過的線圈會產(chǎn)生振蕩電磁場。在待充電的物體中，類似的線圈檢測到該可變磁場，并且由于眾所周知的電磁定律，電流流過該磁場，然后為待充電的電池供電。

“通常定制天線以使最終設(shè)備的外形尺寸最適合無線接收器設(shè)備。一般來說，通常會在電話中看到直徑為40mm至50mm的天線?！?Bavisi說。

例如，Qi可在無線充電器中提供各種線圈配置，從而不會迫使用戶精確定位要充電的設(shè)備。從理論上講，線圈需要彼此靠近以傳遞功率，理想情況下是重疊的，但是Qi標(biāo)準(zhǔn)的某些元素即使在相距幾厘米的情況下也可以充電。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了充電器和被充電設(shè)備之間的一種通信方式：使用與充電相同的磁場來完成通信，并且除其他事項(xiàng)外，還可以在充電完成后停止產(chǎn)生磁場。

參考設(shè)計(jì)

該參考設(shè)計(jì)旨在提供統(tǒng)包解決方案，以幫助智能手機(jī)OEM在高端和中型智能手機(jī)上快速且經(jīng)濟(jì)高效地部署快速無線充電，并具有多次可編程（MTP）和OTA更新功能，以簡化軟件開發(fā)和Qi。認(rèn)證過程。Bavisi強(qiáng)調(diào)了瑞薩的30W解決方案與高通公司的5G解決方案如何提供超過85％的端到端系統(tǒng)效率，從而促進(jìn)了向下一代中端智能手機(jī)的快速無線充電技術(shù)交付。

無線電源接收器包括瑞薩電子（Renesas）的P9412，該芯片帶有集成的高壓電容器分壓器，體積小巧，可釋放PCB面積以包含新功能。P4912是具有低電阻開關(guān)的完整同步整流器，具有嵌入式32位ARM Cortex-M0處理器。

集成式電容分壓器極大地提高了系統(tǒng)效率，同時(shí)減小了大功率設(shè)計(jì)的解決方案尺寸。通過集成高效的電容分壓器（》 98％），無線電力接收器線圈現(xiàn)在以電流水平的一半運(yùn)行，從而大大降低了總功率損耗。該集成解決方案允許無線接收器IC在操作模式更改期間無縫控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了達(dá)到85-90％的端到端系統(tǒng)效率（用于將無線電源輸出到手機(jī)電池或電池充電器的墻上適配器），單個(gè)組件的效率需要很高，以免產(chǎn)生熱點(diǎn)。20V的高效電容分壓器（完全集成）減少了電話客戶和計(jì)算機(jī)客戶的集成問題，

P9412按照WPC 5W規(guī)范運(yùn)行，并且還采用了更高的功率協(xié)議，該協(xié)議允許將功率傳輸擴(kuò)展到WPC 5W標(biāo)準(zhǔn)之外。定制的高功率協(xié)議嵌入在設(shè)備的固件中，使系統(tǒng)能夠驗(yàn)證超過15W的功率傳輸。（圖2）。

圖2：P9412的框圖（來源：瑞薩）

無線能量存儲在連接到VRECT的一個(gè)或多個(gè)電容器上。整流器電路和控制塊提供轉(zhuǎn)換和連接，以將效率保持在所需水平。內(nèi)部ADC監(jiān)視VRECT上的電壓和負(fù)載電流，P9412向功率發(fā)送器發(fā)送指令以增加或減少所傳輸?shù)墓β省?/p>

編輯：hfy