無線充電技術點分析及應用設計

本文導讀

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。想進入這個市場，需要好的方案。本文介紹的方案平臺，包含硬件參考設計，軟件例程，加上周立功完善的技術支持，能讓您的無線車充設計變簡單。

一、什么是Qi標準

Qi是Wireless Power Consortium（WPC）無線充電聯(lián)盟制定無線充電設備的全球標準之一。目前WPC在商業(yè)推廣中的Qi標準目前已有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。

從上游芯片廠商設計的芯片，到各類產品公司多樣化的產品；再到家居、汽車等終端應用，一起構建了Qi標準的完整生態(tài)鏈環(huán)境。

二、Qi標準的無線充電原理

采用Qi標準的無線充電的基本原理并不復雜，依據(jù)的是中學物理就學過的兩個定則，即

• 安培定則：振蕩電場產生振蕩磁場；

• 法拉第定則：振蕩磁場產生振蕩電場。

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

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

磁場的一個關鍵特征是它可以穿過任何非金屬非鐵質材料，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；

• 設計符合Qi 1.2.4規(guī)范，且方案軟件使用的獲得Qi認證；

• 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；

• 預留NFC且集成CAN功能，為產品智能化發(fā)展奠定基礎。

五、無線充電技術點分析

1、控制回路的供電

12 V汽車電池輸入連接到降壓轉換器（MPQ4558），其輸出為5 V，給LDO （MPQ8904），MOSFET驅動器和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。輕載時的高效率對于此輔助降壓轉換器非常重要。

2、功率回路的供電

MP-A9拓撲結構的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，再經過buck-boost獲得根據(jù)需要調整的穩(wěn)壓直流電壓（范圍從1V DC至24V DC），之后經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芯片產生Vrail電壓。

• 數(shù)字Buck-Boost直接由WCT1013A控制；

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

全橋逆變器由兩個MOSFET驅動器以及四個功率MOSFET組成。MOSFET驅動器由穩(wěn)定的5V電壓供電，可降低驅動器和MOSFET的功率損耗。全橋逆變器可以將直流的Vrail電壓轉換為頻率125kHz、占空比50%的交流方波。在MP-A9拓撲結構的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轉換器的控制回路由主控固件輔助實現(xiàn)，實現(xiàn)不同的參數(shù)優(yōu)化。

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

五、服務優(yōu)勢

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