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車載無線充電源芯片集成化解決方案，專注電源管理，安全高效
時(shí)間:2023-03-27
來源: 芯洲科技
隨著用戶對充電便捷性要求的提高，車載手機(jī)無線充電技術(shù)成熟度更高。在汽車上大規(guī)模的應(yīng)用，避免了駕駛?cè)寺耦^尋找插孔、分辨接口與充電線的行為，提高行車安全性。在設(shè)計(jì)上與汽車內(nèi)飾成為一體，美觀實(shí)用。
據(jù)高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2021年中國市場乘用車新車前裝標(biāo)配搭載手機(jī)無線充電模塊功能上險(xiǎn)量為358.35萬輛，同比增長120.4%，前裝搭載率為17.57%。2022年預(yù)計(jì)搭載率25%。
車載無線充在設(shè)計(jì)上一般涉及控制芯片、磁吸線圈、傳感器、電源管理等幾個(gè)模塊。在選擇無線充模塊時(shí)需要關(guān)注充電效率、安全性及兼容性。
充電效率
如果充電效率低，將影響用戶的使用體驗(yàn)。因此研發(fā)人員需要關(guān)注充電器的功率、傳輸距離、傳輸效率、熱損失等因素，以提高充電效率。
安全性
需要考慮到電池過熱、短路、過充等問題，以確保產(chǎn)品的安全性。還需考慮電磁輻射等問題，以避免不良影響。
兼容性
需要考慮到不同設(shè)備的充電需求和充電方式，兼容不同品牌、不同型號(hào)的手機(jī)和其他設(shè)備。
目前車載無線充電方案的主流以15W以下方案為主。本文將以15W以下的系統(tǒng)解決方案為例詳細(xì)說明 電源管理芯片 選型時(shí)的重要指標(biāo)。
1 輸入功率變換器
在無線充應(yīng)用中輸入功率變換器的低壓差直通模式是標(biāo)配，低壓差直通意味著高效與低EMI。
*定義一個(gè)輸入電壓范圍，在該范圍內(nèi)輸入電壓可以直接傳遞到降壓-升壓穩(wěn)壓器的輸出端。這樣做的好處是沒有開關(guān)動(dòng)作，電路效率非常高，且沒有音頻噪聲。輸出紋波和正常降壓模式幾乎無差別。
SCT2462Q和SCT9431Q兩款車規(guī)降壓變換器，都支持低壓差直通模式。SCT2462Q可用于15W的方案，支持6A輸出、最高耐壓可達(dá)42V；采用第二代低壓差直通技術(shù)，可以支持更低的輸入輸出電壓差（最大占空比99.3%），有效拓展無線充功率發(fā)射級(jí)的輸入電壓范圍。SCT9431Q可用于10W的方案，支持3A輸出，最高耐壓可達(dá)42V。
圖為 SCT2462Q5V轉(zhuǎn)5V帶載3A的占空比
同時(shí)，芯洲特有的多級(jí)柵級(jí)驅(qū)動(dòng)專利技術(shù)，可有效的抑制開關(guān)結(jié)點(diǎn)的開關(guān)振鈴，更容易通過相關(guān)的EMI測試。以下是SCT2462EVM板實(shí)測，從波形上看，SCT2462滿載時(shí)，上管開通的振鈴過沖僅3.4V，且沒有多次振蕩，關(guān)斷時(shí)波形非常干凈。
SCT2462EVM：12V輸入，5V/6A滿載輸出，開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW的波形（圖2為細(xì)節(jié)）
2 CAN和MCU的供電方案
目前市場上最常用的CAN通訊接口器件大多都是采用5V供電，而大部分的MCU供電電壓從5V降低到了3.3V供電，可采用SCT2600Q（0.6A輸出降壓變換器）及SCT71403Q（300mA LDO）。
SCT2600Q是車規(guī)級(jí)的一級(jí)電源，Vinmax=60V，支持2.1MHz開關(guān)頻率，可避免對車載AM（540 KHz－1600KHz ）頻段的干擾，輕載工作模式PSM，大大提高了輕載效率，在負(fù)載4mA時(shí)，效率大于80%。
SCT71403Q是車規(guī)級(jí)的一級(jí)LDO，VINmax = 42V，VOUT = 3.3V or5 V，Imax = 300Ma，待機(jī)電流僅2.4uA，自身身集成了OCFB（過流折回）/OTP/UVLO/PG等電壓電流檢測及保護(hù)功能，有效地保護(hù)了輸出負(fù)載短路大電流等情況，提高了用戶使用的安全可靠性。極低的待機(jī)電流大大降低了整機(jī)的待機(jī)功耗，非常適合常待機(jī)應(yīng)用場合。
3 無線充電發(fā)射端功率級(jí)
無線充電按照技術(shù)路線，大概分為三種類型。第一種為電磁感應(yīng)，第二種是電磁諧振，第三種事無線電波。三種路線都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和組織在推進(jìn)，推進(jìn)市場應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化。
現(xiàn)在Qi的電磁感應(yīng)方式占據(jù)主流，遵循Qi標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射端和接收端的方案愈加完善。在發(fā)射級(jí)的性能方面，主要關(guān)注幾點(diǎn)：
3.1工作電壓范圍：3v-15v
SCT63340芯片供電電壓范圍為4.2V~30V，功率級(jí)的工作電壓范圍為1V~26V。是目前15W無線充發(fā)射端輸入電壓范圍最寬的一款芯片。
3.2 轉(zhuǎn)換效率
SCT63340內(nèi)部集成13mohm的全橋MOS管，其15W時(shí)的功率傳輸效率達(dá)86%，高于行業(yè)平均水平。
3.3 芯片面積及散熱
SCT63340采用QFN 4x4封裝，可最大化程度節(jié)約布板面積，實(shí)現(xiàn)高密度集成化解決方案。提供可靠的焊接質(zhì)量，及良好的散熱能力。具有良好的電性能和熱性能，體積小，重量輕。
同時(shí)SCT63340可節(jié)約成本。
