三种基于Qi标准的无线充电解决方案

　　在19世纪90年代，尼古拉·特斯拉发明了“特斯拉线圈”，能够通过空气传播电力，开启了无线式电力传播的时代。在100年后，无线充电技术在消费类市场表现出巨大的潜力。它不但可为便携式设备使用者提供一种便利的解决方案，而且还让广大设计人员能够寻找到更具创新性的问题解决方法。许多电池供电型便携式设备均能受益于这种技术，从手机和可穿戴设备到电动汽车不一而足。

　　为了便于使用并让设计人员和消费者都受益，无线充电联盟 （WPC） 制定出了一种标准，在供电设备（电力发射器，充电站）和用电设备（电力接收器，便携式设备）之间创建了互 *** 作性。WPC 标准定义了电感耦合（线圈结构）的类型，以及低功耗无线设备所用的通信协议。在这种标准下工作的任何设备都可以与任何其他 WPC 兼容设备配对。

　　随着越来越多的移动设备加入无线充电技术，某国际时尚家私品牌推出了支持Qi无线充电标准的家具，无线充电市场将进入爆炸式发展时期，各大小厂家纷纷投入该市场。下面介绍三家基于原厂的Qi无线充电标准的无线充电解决方案。

　　一、 TI高集成、易实现无线充电方案

　　1. 5V 输入发射端

　　①功能框图

　　②功能描述

　　第二代数字无线电源控制发射端

　　用于便携式设备如手机等的充电

　　输入 5V 直流电，输出 10V 交流电

　　可寻找将被供电的 WPC 相容器件

　　接收来自被供电器件数据报通信并管理电源传送

　　③重要特征

　　动态电源限制 （DPL）

　　符合无线电源联盟 （WPC） 类型 A5 和类型 A11 发送器规范的 5V 运行

　　数字解调减少了组件

　　综合充电状态模式和故障指示

　　2. 12V 输入发射端

　　①功能框图

　　②功能描述

　　使用三个线圈发送数组的扩展位置自由

　　无线电源传输的智慧控制

　　应用在 WPC 1.1 可用的手机， 车载和桌面 充电

　　三个线圈发送数组： 充电区域 》 70mm×20mm

　　12V DC 输入， 5V AC 输出

　　③重要特征

　　数字解调减少了组件

　　外来物体检测 （FOD）

　　增强型寄生金属检测 （PMOD） 确保了安全性

　　过流保护

　　充电状态和故障状态的 LED 指示

　　符合无线供电联盟（WPC）A6 发送技术规范

　　3. 接收端

　　①功能框图

　　②功能描述

　　无线充电接收端

　　用于便携式设备如手机等的充电

　　线圈接收 10V 交流电

　　最高可输出 5V/1A 直流电

　　可处理来自无线充电发射端的通信信号

　　③重要特征：

　　93% 的整体峰值 AC-DC 效率

　　符合 WPC v1.1 标准的通信控制

　　输出电压调节

　　低功耗耗散整流器过压钳位 （VOVP = 15V）

　　热关断

　　二、Toshiba简单快速无线充电方案

　　1. 发射端

　　①功能框图

　　②功能描述

　　Qi 无线充电发射端

　　输入 DC 5.5V/3A

　　输出 10W

　　可以同时给两个设备充电

　　支持兼容 WPC 标准的移动设备充电

　　③重要特征：

　　与 1.1 版本 WPC 低功耗标准下的 A11，A12，A14 电源传送设计兼容

　　Analog Ping 支持异物检测

　　集成了专用模拟电路和一个 ARM® Cortex® -M3 处理器

　　100 引脚 LOFP 封装

　　通过评估电路板进行QI认证

　　2. 接收端

　　①功能框图

　　②功能描述：

　　支持 Qi 标准无线充电接收端

　　最大 5W 输出功率

　　95% 最大功率转换效率

　　③重要特征：

　　支持异物检测功能

　　发热量小

　　片上Qi协议控制逻辑

　　28 引脚 WCSP 封装

　　三、NXP 5V Qi 无线充电解决方案

　　1.方案介紹

　　恩智浦 NXQ1TXA5 无线充电发射器设计用于为经过尺寸和成本优化的5 V 无线充电器提供出色的性能，该产品集成了所有功能，包括功率控制、信号处理、片上电流和电压测量以及全桥输出功率级，其待机功率额定值低于10 mW。

　　凭籍超高集成度和高级功能，该产品能够减小占用空间，降低待机功耗。除了 Qi 线圈和谐振电容之外，NXQ1TXA5 仅需要不到十个外部元器件。由于引脚数很少，因此它可使用非常小的 32 引脚 HVQFN 封装 （SOT617-3），面积为 5 x 5 mm，间距为 0.5 mm。封装尺寸小，外部元器件数量少，意味着它的设计能够使用成本较低的 PCB。整个发射器设计可安装在不到 2cm2（1/3 平方英寸）的 PCB 面积中。

　　NXQ1TXA5 集成了恩智浦低功耗 CoolFluxTM DSP 技术，以及其他很多高性能混合信号功能，例如待机期间的极低功耗设备检测、用于安全无线充电的异物检测 （FOD）。CoolFluxTM DSP 处理器执行 ASK 解调以确保可靠的互 *** 作性。特殊的超低功耗电路可检测到放置在无线充电器上的设备，NXQ1TXA5将会调整 FOD 功能，保持与 Qi 无线供电接收器的向后兼容性，以兼容较早版本的 Qi 低功耗规范。

　　NXQ1TXA5 可以通过 USB 端口或USB充电器供电。使用片上智能电源功能，NXQ1TXA5 能够检测到电源电压下降，并且相应地降低发射器输出功率。这让我们能够在设计中使用实现低输出功率的USB 端口。为了尽可能降低待机功耗，NXQ1TXA5 可以使用 NXP TEA1720供电，这是一种高效的 GreenChip SMPS 控制器。基于 TEA1720的SMPS 和 NXQ1TXA5 的总待机功耗达到了低待机功耗智能手机充电器的最高5星级标准。

　　2.NXQ1TXA5 框图Qi A5 参考设计框图

　　3.方案特性

　　• 符合 Qi 规范版本 1.1.2 的 A5/A11 发射器

　　• 完全集成式发射器，无需外部有源元器件

　　• 基于 CoolFluxTM DSP 的低功耗技术

　　• 解决方案仅需要极少数元器件

　　• 小型产品封装：HVQFN32 （5 x 5 mm）

　　• 待机功耗小于 10 mW，包括设备检测

　　• 支持智能电源，提供低功耗电源接口

　　• 由 DSP 进行高级 ASK 处理

　　• 自适应 FOD 开关在版本 1.0 和版本 1.1 之间自动切换

　　4.方案优点

　　• 方案本身非常紧凑

　　• 充电器处于待机模式时，不会浪费电能

　　• 和5伏特适配器使用时，总待机功率额定值小于30 mW，达到最高5星级智能电话充电器标准

　　• 使用 DSP 信号处理以确保可靠的互 *** 作性

　　• 在使用 FOD 和可选 NTC 的情况下安全运行

　　• 可选择增加恩智浦 NTAG I2C NFC 技术

　　• 经验证可兼容 Qi，可与现有 Qi 接收机实现互 *** 作

　　5.方案应用

　　• 5 V（USB 供电）无线充电板

　　• 小巧的便携式经济型无线充电器

　　• 非常适合智能手机附带的无线 Qi 充电器