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無線充電Qi2.0PMIC方案，穩(wěn)定高效！
時(shí)間:2023-10-09
來源: 芯洲科技
隨著WPC Qi2.0的發(fā)布，Qi2.0認(rèn)證讓眾多無線充方案商及相關(guān)產(chǎn)業(yè)為之牽掛，Qi2.0的發(fā)布也為無線充注入新鮮的血液和生機(jī)，帶來無數(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。無線充的便捷與安全正在被用戶們認(rèn)可，市場(chǎng)對(duì)無線充的需求也越來越旺盛。
01 方案原理及發(fā)展情況
什么是無線充？
無線充電簡單來說就是不需要借助于電導(dǎo)線的裝置，利用電磁感應(yīng)原理、電磁波共振原理或者其它將磁場(chǎng)作為傳送功率橋梁的技術(shù)，在發(fā)送端和接收端兩個(gè)地方采取相應(yīng)的裝置來對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收進(jìn)而完成充電的一項(xiàng)技術(shù)。
手機(jī)無線充采用的的是磁感應(yīng)式：初級(jí)線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸轉(zhuǎn)化到接收端。
圖1 無線充原理圖 摘自百度百科
什么是Qi2.0?
只要任意數(shù)碼設(shè)備上有Qi的標(biāo)識(shí)，意味著都可以用Qi無線充電器進(jìn)行充電。Qi2.0是Qi的升級(jí)版，是WPC無線充電聯(lián)盟制定的全新增強(qiáng)型無線充電標(biāo)準(zhǔn)。Qi2.0的充電功率由Qi1.3的7.5W提升到Qi2.0的15W，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的BPP和EPP協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，形成全新的MPP協(xié)議使其擁有更好的兼容性和更高的充電效率。
得益于Qi2.0的發(fā)布，無線充充電功率有了大幅提高，發(fā)射端的輸入電壓最大可以到19V以減小電流降低線圈上的損耗，提高效率，這就對(duì)發(fā)射端的IC耐壓有了≥19V的要求。
02 高性能PMIC解決方案
下圖是芯洲科技基于MPP的發(fā)射端方案，適配器提供9V的電壓，通過SCT12A2升壓9.5-19V給全橋供電，通過鑒權(quán)IC的安全認(rèn)證以及MCU和受電端的握手后，MCU控制全橋在線圈上產(chǎn)生交變的電流，使線圈上的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)無線充電。
圖3 MPP發(fā)射端方案框圖
方案解析：
SCT12A2
升壓IC，在Qi2.0的標(biāo)準(zhǔn)中最大充電功率為15W，為了提高效率，需要提高電壓以減小電流，在Qi2.0的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)最高電壓可到19V，這就要求在適配器之后必須用一顆升壓芯片對(duì)適配器的輸出進(jìn)行升壓，給全橋供電。
SCT63240A
一路全橋在MCU的控制下在線圈上產(chǎn)生交變的電流，使線圈上的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)化；一路LDO可以給MCU供電；還有一路Buck在多充的場(chǎng)合，可給小功率的無線充供電，例如手表無線充電。
鑒權(quán)IC
鑒權(quán)IC實(shí)際是安全芯片的一種，有防偽認(rèn)證、通訊保護(hù)和保護(hù)數(shù)據(jù)安全性的作用，給大功率充電提供了安全保護(hù)，WPC發(fā)布的Qi2.0要求，要通過Qi2.0的認(rèn)證就必須包含鑒權(quán)。
MCU
和受電端握手，調(diào)控BOOST芯片的輸出電壓，通過控制占空比去調(diào)控全橋的輸出功率，以適配受電端的充電需求。
03 芯洲科技產(chǎn)品介紹
PMIC方案— SCT63240A
SCT63240A集成了全橋、LDO和BUCK為一體。全橋耐壓20V，功率20W，集成一路3.3V/200mA的LDO和一路5V/1A的BUCK，不再需要額外的LDO給MCU供電，極大地簡化TX原理圖方案，使方案的成本和用料得到精簡。
· VIN寬電壓輸入范圍：4.2V-20V
· PVIN寬電壓輸入范圍：1V~20V
· 高達(dá)20W的輸出功率
· 14.5mΩ Rdson功率MOSFET集成全橋功率級(jí)
· 集成高效5V-1A降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器
· 針對(duì)EMI降低進(jìn)行了優(yōu)化
· 內(nèi)置3.3V-200mA LDO
· 集成無損輸入電流傳感器，F(xiàn)OD和電流解調(diào)精度為±2%
· 3.3V和5V PWM信號(hào)邏輯兼容
· 輸入欠壓鎖定
· 過電流保護(hù)
· 過溫保護(hù)
· 3mm*4mm QFN-19L封裝
BOOST方案— SCT12A2
SCT12A2是一顆升壓IC，最高輸出電壓21V，開關(guān)電流15A，輸出功率30W以上，完全符合Qi2.0的需求，可以驅(qū)動(dòng)一顆P-MOSFET做負(fù)載開關(guān)，解決了BOOST IC不能完全關(guān)斷的問題。
· 寬輸入電壓范圍：2.7V-20V
· 寬輸出電壓范圍：4.5V-21V
· 全集成13m? 高邊FET和11m? 低端FET
· Vin=7.2V、Vout=15V和Iout=2A時(shí)效率高達(dá)96%
· 最高15A開關(guān)電流和可編程峰值電流限制
· 使用外部P溝道MOSFET的負(fù)載斷開控制
· 典型關(guān)閉電流：1uA
· 可編程開關(guān)頻率：200kHz-1.0MHz
· 頻率調(diào)變模式
· 可編程軟啟動(dòng)
· 輸出過壓保護(hù)
· 過溫保護(hù)：150°C
· 提供DFN-20L 3.5mmx4.5mm包裝
BOOST升級(jí)方案— SCT12A5
在MPP方案中，客戶比較關(guān)注的兩個(gè)點(diǎn)——效率和尺寸，SCT12A5都做了極大的優(yōu)化：
1. 效率：輸入9V輸出17V，功率21W的條件下，效率達(dá)到了97%；
2. 尺寸：更小的封裝尺寸，QFN3*4的尺寸對(duì)于空間要求更小。
· 寬電壓輸入范圍：2.7V-20V
· 寬電壓輸出范圍：4.5V-21V
· 全集成10mΩ高邊FET和6.5mΩ低邊FET
· Vin=9V、Vout=18V和lout=1.3A時(shí)效率高達(dá)97%
· 高達(dá)21.5A的開關(guān)電流和可編程峰值限流器
· 典型關(guān)閉電流：1uA
· 靜態(tài)電流：300uA
· 固定400KHz開關(guān)頻率
· 輕負(fù)載條件下可選擇PFM、USM和FPWM并行模式
· 可編程軟啟動(dòng)
· 輸出過壓保護(hù)
· 過溫保護(hù)：150°C
· QFN-13 3mm x 4mm封裝
目前，SCT12A2和SCT63240A已穩(wěn)定量產(chǎn)3年以上，如有需求可以提供樣片測(cè)試，申請(qǐng)樣片或訂購可聯(lián)系銷售或郵件至：sales@silicontent.com。
