无线充电技术点分析及应用设计

本文导读

18年无线充电变得很火爆，越来越多的整车厂有车载无线充电的需求。想进入这个市场，需要好的方案。本文介绍的方案平台，包含硬件参考设计，软件例程，加上周立功完善的技术支持，能让您的无线车充设计变简单。

一、什么是Qi标准

Qi是Wireless Power Consortium（WPC）无线充电联盟制定无线充电设备的全球标准之一。目前WPC在商业推广中的Qi标准目前已有240家会员公司，包括TI、NXP、微软、松下、Apple、三星、高通、海尔、宜家等等。

从上游芯片厂商设计的芯片，到各类产品公司多样化的产品；再到家居、汽车等终端应用，一起构建了Qi标准的完整生态链环境。

二、Qi标准的无线充电原理

采用Qi标准的无线充电的基本原理并不复杂，依据的是中学物理就学过的两个定则，即

• 安培定则：振荡电场产生振荡磁场；

• 法拉第定则：振荡磁场产生振荡电场。

也即电力发射器PTx产生的时变磁场在适当定位的电力接收器PRx中产生电动势的现象。

当开始充电时，电力发射器PTx通过其线圈产生交变电流，从而根据法拉第定律产生交变磁场。该磁场又由电力接收器PRx内的线圈拾取并由功率转换器转换回可用于对电池充电的直流电流。

磁场的一个关键特征是它可以穿过任何非金属非铁质材料，如塑料、玻璃、水、木材和空气。换句话说，电力发射器PTx和电力接收器PRx之间不需要电线和连接器，从而实现了无线充电功能。

三、车充方案

四、方案特色

• 输入电压范围为9 V DC至16 V DC（汽车蓄电池供电范围）；

• 启停功能期间，输入电压可降至6 V DC电平；

• 接收器的额定输出功率为15 W（在接收器的输出端），并与5W接收器兼容；

• 设计符合Qi 1.2.4规范，且方案软件使用的获得Qi认证；

• 系统参数，线圈参数和FOD参数可以根据终端客户的具体需求灵活的配置；

• 预留NFC且集成CAN功能，为产品智能化发展奠定基础。

五、无线充电技术点分析

1、控制回路的供电

12 V汽车电池输入连接到降压转换器（MPQ4558），其输出为5 V，给LDO （MPQ8904），MOSFET驱动器和CAN收发器供电。 LDO的3.3 V输出主要用于给WCT1011A和其他3.3 V器件供电。通常，DC-DC在轻载条件下工作。轻载时的高效率对于此辅助降压转换器非常重要。

2、功率回路的供电

MP-A9拓扑结构的Qi规范要求通过DC电压控制来控制传输到接收端的功率。电源源头是车载12V蓄电池，再经过buck-boost获得根据需要调整的稳压直流电压（范围从1V DC至24V DC），之后经过全桥逆变器生成加载在充电线圈上的交流。

通过数字Buck-Boost或模拟Buck-Boost芯片产生Vrail电压。

• 数字Buck-Boost直接由WCT1013A控制；

• 模拟Buck-Boost通过独立的模拟Buck-Boost芯片进行控制，WCT1013A芯片仅控制输出电压反馈。

全桥逆变器由两个MOSFET驱动器以及四个功率MOSFET组成。MOSFET驱动器由稳定的5V电压供电，可降低驱动器和MOSFET的功率损耗。全桥逆变器可以将直流的Vrail电压转换为频率125kHz、占空比50%的交流方波。在MP-A9拓扑结构的Qi规范中定义了频率范围（120 kHz至130 kHz）。

本文采用的是数字Buck-Boost的方式，优势是：

• 性价比高，硬件电路较为简单，且更容易控制，降低对软件开发的需求；

• DC-DC转换器的控制回路由主控固件辅助实现，实现不同的参数优化。

其他的技术点主要还有充电发射端和手机接收端的通讯、异物检测(FOD)。鉴于篇幅限制，留待下回分解。

五、服务优势

相比其他无线车充方案，NXP提供了一个灵活开发的平台，客户基于平台二次开发，基于平台实现创新，开发特色的产品。在服务上，NXP中国拥有中低功率无线充电全球研发中心，且ZLG能为您提供产品开发完整的技术支持。