最新中功率无线充电芯片及解决方案集锦
2021-03-05
现在我们生活中的无线充电产品正变得越来越多，比如智能手机、智能手表、手环、扫地机器人、服务机器人，以及汽车等都开始具备无线充电功能了。
而且无线充电的功率从最开始的5W、10W，发展到了15W、27W、30W，今年不少芯片和终端厂商推出了40W和50W的无线充电产品，甚至65W和80W的无线充电技术都已经准备就绪了。虽然目前65W和80W的无线充电技术还没有市场化，但可以看到，芯片和终端厂商们正在将无线充电往更高功率，更快充电速度上推进。
其实，无线充电解决方案主要由接收端和发射端组成。发射端与电源连接，负责发送电能，无线发射线圈负责把能量发送出去；接收端则一般安装在电子产品上，负责接收电能。一般来说，无线充电解决方案中，接收端的芯片与系统集成设计的利润要高一些，技术壁垒也相对较高。那么，在无线充电芯片方面，现在有哪些厂商可以提供大功率的无线充电接收和发送芯片，及其解决方案呢？
瑞萨最新的60W无线充电接收芯片
IDT一直是无线充电领域不可忽视的一个供应商，也是无线充电技术的积极推动者。不过2018年9月，瑞萨电子宣布67亿美元收购IDT，并于2019年3月底完成了收购。
就在今年1月份，瑞萨电子发布了最新的60W无线充电接收器P9418。据其新闻稿介绍，该芯片采用了瑞萨独有的WattShare技术，可在单个芯片中提供高达60W的功率，可使智能手机，及其他各类便携设备快速、便携地进行充电。
图1：瑞萨电子推出的P9418无线充电接收器。（来源：瑞萨电子）
据其数据手册描述，P9418具有如下关键特性：
· 提供高达60W的接收器功率
· WattShare（TRx）模式，最高达10W Tx性能
· 嵌入式32位Arm® Cortex®-M0处理器
· 业界领先的IOUT电流检测精度，可增强异物检测能力
· 24kB多次可编程（MTP）非易失性存储器，可轻松更新固件和设备功能
· 双向通信，支持加密的专有身份验证
· 支持I2C 400kHz标准接口和GPIO
· 符合WPC 1.2.4标准和各种专有充电模式
图2：P9418内部框图。
此外，P9418具有过热和过压保护功能，及极低的待机功耗，而且还采用了超小型的70-WLCSP封装，尺寸仅为2.82×4.22×0.50 mm。
图3：P9418典型应用电路。（来源：瑞萨电子）
ST的50W无线充电解决方案
ST也是无线充电领域的重要玩家，在去年11月份，ST推出了50W的接收器STWLC88，及发送芯片STWBC2。
其中，STWLC88支持50W无线充电，高功率12W反向充电，可配置LDO输出电压，最大20V输出。其主要特性如下：
.提供高达50W的接收器功率
.最高达12W Tx性能
·嵌入式32位，高达64MHz Arm Cortex处理器内核
· 提供高准确度的异物检测（FOD）和电流检测系统，确保大功率电力输送安全可控
· 可通过I2C接口自定义充电器芯片的参数
· 1000多次可擦写的嵌入式FTP非易失性存储器，可轻松更新固件和设备功能
· 集成了超低阻抗、高压同步整流器和低压降线性稳压器
· 支持ST专有的SuperCharge快充协议
· 符合WPC Qi 1.2.4 EPP要求，与市场上所有的Qi EPP认证发射器完全兼容
此外，在封装方面，STWLC88采用了4.0 x 4.5 x 0.6的110焊球0.4mm间距WLCSP封装。STWLC88还可以工作在高效发射Tx模式，实现大功率共享充电模式，手机化身成充电宝给其他设备充电。在STWLC88这颗TRx芯片上同时具备了业界领先的Q因子检测功能，能确保最终用户的安全操作和充电安全。
伏达半导体的大功率无线充电芯片
其实，在大功率无线充电方面，国内的芯片厂商比国外的芯片厂商更加激进，比如伏达半导体在无线充电芯片上，已经推出了NU1619(40W)和NU1619A(50W)的接收器芯片，以及NU1513(45W)和NU1025(40W)的发射芯片。
而其实伏达半导体在2014年才成立，是一家专门从事无线充电半导体芯片设计和系统解决方案的公司，在美国硅谷，中国的上海、深圳、合肥都设有办事处。
根据其官网介绍，NU1619A是高度集成且高效的无线充电接收器。它集成了一个为宽频率范围设计的同步整流器和一个可编程的低压差稳压器，以实现最佳的系统效率。稳压器可以提供宽范围的稳压电压或电流输出；两者都可以通过I2C接口进行编程。NU1619A可以通过ASK和FSK与发射器系统进行双向通信。通信符合WPC。NU1619A也可以用作发射器（Tx）为另一个接收器充电。只需要很少的外部组件，就可以传输最大10W的功率。
关键特性如下：
· 集成LDO和3.5V至20V输出电压，调节步长40mV
· 0.1A至2.2A额定输出电流，调节步长20mA
· 根据IC功率动态调节输出功率
· 集成全桥和PWM控制
· FOD参数常数
· 支持过压，过流，过温，短路保护
· 10位ADC，用于电压，电流和温度测量
· 集成32位MCU支持I2C通讯
· 双向通信ASK + FSK
图：伏达半导体的NU1619A内部结构图。（来源：伏达半导体官网）
根据目前公开的信息，小米11的无线充电接收器方案选用的就是这颗芯片。
美芯晟的50W发射端芯片
美芯晟科技（北京）有限公司由多位在硅谷归国博士创立。公司拥有高素质的科研团队，快速有效的技术支持及市场销售渠道，是一家专注于高性能模拟电源、数字和软件为一体的复杂高集成度电源管理芯片和系统开发的高新技术企业。美芯晟的研发负责人郝建斌博士的来头不小，他来自IDT，在无线充电领域有将近10年的芯片研发技术积累。
该公司推出了有线快充的30W接收端芯片和集成USB-PD协议的50W无线充电发射端芯片MT5815。该芯片在魅族的一款27W无线充电器中有应用。
据公开信息，美芯晟MT5815是一款带有USB PD协议、高度集成的符合Qi标准的无线充电发射芯片，支持高达50W的输出功率，并且向下兼容不受限。该芯片集成ARM M0 处理器，拥有卓越的高效率和紧凑设计，适用于各种低成本、低功耗应用。可广泛应用于为5G智能终端、智能可穿戴设备、智能家居、物联网、智能家电进行无线充电的设备。
结语
无线充电这几年可以说在消费电子领域变得越来越火热，除了上面提到的这些厂商和芯片，其实还有很多，比如国外的有TI、ADI、NXP、罗姆、东芝等，国内的还有易冲半导体、劲芯微、瀚为、英集芯、立锜、新唐等等。只是TI虽然很早就量产了无线充电芯片，但已经多年没有推出新的产品了，NXP的无线充电产品也是多年前的，其他的大多停留在15W及以下功率的无线充电芯片，30W以上的芯片不多。