無線充電技術(shù)點(diǎn)分析及應(yīng)用設(shè)計(jì)

本文導(dǎo)讀

18年無線充電變得很火爆，越來越多的整車廠有車載無線充電的需求。想進(jìn)入這個(gè)市場，需要好的方案。本文介紹的方案平臺，包含硬件參考設(shè)計(jì)，軟件例程，加上周立功完善的技術(shù)支持，能讓您的無線車充設(shè)計(jì)變簡單。

一、什么是Qi標(biāo)準(zhǔn)

Qi是Wireless Power Consortium（WPC）無線充電聯(lián)盟制定無線充電設(shè)備的全球標(biāo)準(zhǔn)之一。目前WPC在商業(yè)推廣中的Qi標(biāo)準(zhǔn)目前已有240家會員公司，包括TI、NXP、微軟、松下、Apple、三星、高通、海爾、宜家等等。

從上游芯片廠商設(shè)計(jì)的芯片，到各類產(chǎn)品公司多樣化的產(chǎn)品；再到家居、汽車等終端應(yīng)用，一起構(gòu)建了Qi標(biāo)準(zhǔn)的完整生態(tài)鏈環(huán)境。

二、Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電原理

采用Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電的基本原理并不復(fù)雜，依據(jù)的是中學(xué)物理就學(xué)過的兩個(gè)定則，即

• 安培定則：振蕩電場產(chǎn)生振蕩磁場；

• 法拉第定則：振蕩磁場產(chǎn)生振蕩電場。

也即電力發(fā)射器PTx產(chǎn)生的時(shí)變磁場在適當(dāng)定位的電力接收器PRx中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。

當(dāng)開始充電時(shí)，電力發(fā)射器PTx通過其線圈產(chǎn)生交變電流，從而根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生交變磁場。該磁場又由電力接收器PRx內(nèi)的線圈拾取并由功率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換回可用于對電池充電的直流電流。

磁場的一個(gè)關(guān)鍵特征是它可以穿過任何非金屬非鐵質(zhì)材料，如塑料、玻璃、水、木材和空氣。換句話說，電力發(fā)射器PTx和電力接收器PRx之間不需要電線和連接器，從而實(shí)現(xiàn)了無線充電功能。

三、車充方案

四、方案特色

• 輸入電壓范圍為9 V DC至16 V DC（汽車蓄電池供電范圍）；

• 啟停功能期間，輸入電壓可降至6 V DC電平；

• 接收器的額定輸出功率為15 W（在接收器的輸出端），并與5W接收器兼容；

• 設(shè)計(jì)符合Qi 1.2.4規(guī)范，且方案軟件使用的獲得Qi認(rèn)證；

• 系統(tǒng)參數(shù)，線圈參數(shù)和FOD參數(shù)可以根據(jù)終端客戶的具體需求靈活的配置；

• 預(yù)留NFC且集成CAN功能，為產(chǎn)品智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

五、無線充電技術(shù)點(diǎn)分析

1、控制回路的供電

12 V汽車電池輸入連接到降壓轉(zhuǎn)換器（MPQ4558），其輸出為5 V，給LDO （MPQ8904），MOSFET驅(qū)動器和CAN收發(fā)器供電。 LDO的3.3 V輸出主要用于給WCT1011A和其他3.3 V器件供電。通常，DC-DC在輕載條件下工作。輕載時(shí)的高效率對于此輔助降壓轉(zhuǎn)換器非常重要。

2、功率回路的供電

MP-A9拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Qi規(guī)范要求通過DC電壓控制來控制傳輸?shù)浇邮斩说墓β省?a target="_blank">電源源頭是車載12V蓄電池，再經(jīng)過buck-boost獲得根據(jù)需要調(diào)整的穩(wěn)壓直流電壓（范圍從1V DC至24V DC），之后經(jīng)過全橋逆變器生成加載在充電線圈上的交流。

通過數(shù)字Buck-Boost或模擬Buck-Boost芯片產(chǎn)生Vrail電壓。

• 數(shù)字Buck-Boost直接由WCT1013A控制；

• 模擬Buck-Boost通過獨(dú)立的模擬Buck-Boost芯片進(jìn)行控制，WCT1013A芯片僅控制輸出電壓反饋。

全橋逆變器由兩個(gè)MOSFET驅(qū)動器以及四個(gè)功率MOSFET組成。MOSFET驅(qū)動器由穩(wěn)定的5V電壓供電，可降低驅(qū)動器和MOSFET的功率損耗。全橋逆變器可以將直流的Vrail電壓轉(zhuǎn)換為頻率125kHz、占空比50%的交流方波。在MP-A9拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Qi規(guī)范中定義了頻率范圍（120 kHz至130 kHz）。

本文采用的是數(shù)字Buck-Boost的方式，優(yōu)勢是：

• 性價(jià)比高，硬件電路較為簡單，且更容易控制，降低對軟件開發(fā)的需求；

• DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制回路由主控固件輔助實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)不同的參數(shù)優(yōu)化。

其他的技術(shù)點(diǎn)主要還有充電發(fā)射端和手機(jī)接收端的通訊、異物檢測(FOD)。鑒于篇幅限制，留待下回分解。

五、服務(wù)優(yōu)勢

相比其他無線車充方案，NXP提供了一個(gè)靈活開發(fā)的平臺，客戶基于平臺二次開發(fā)，基于平臺實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，開發(fā)特色的產(chǎn)品。在服務(wù)上，NXP中國擁有中低功率無線充電全球研發(fā)中心，且ZLG能為您提供產(chǎn)品開發(fā)完整的技術(shù)支持。