瑞萨电子和高通公司加速为智能手机采用无线充电

瑞萨电子扩大了与 Qualcomm Technologies 的合作，为搭载最新 Qualcomm Snapdragon 780G 5G 移动平台的中端智能手机提供 30W Wattshare 无线充电功能。新的参考设计基于瑞萨电子的 P9412。它支持具有身份验证和 24kB 多次可编程 (MTP) 非易失性存储器的专有快速充电模式。

在接受 EE Times 采访时，瑞萨电子移动基础设施和物联网电源业务部副总裁兼瑞萨无线电源集团总经理 Amit Bavisi 强调，两家公司的持续合作是在扩展集成无线电源功能方面迈出的重要一步。 5G智能手机。

“5G 革命对手机设计人员提出了挑战，因为与之前的技术相比，该技术具有更高的性能，并且能够实现更广泛甚至更耗电的用户应用程序。随着手机制造商增加他们的 5G 设备阵容，同时扩大电池尺寸并在这些智能手机中加入越来越多的功能，无线电源设计需要以更低的热足迹进行高效快速充电，”Bavisi 说。

5G无线充电

无线充电系统具有带有一个或多个发射器的无线电力发射器基站，这些发射器通过 DC-AC 逆变器提供电力并将电力传输到移动设备中的一对电感器。典型的系统在线圈之间采用近场磁感应，可以是自由定位或磁驱动系统。接收器控制传输的功率以优化充电。Rx-to-Tx 通信通过传输频率的带内通信使用现有的电力链路，或者还支持带外通信。  

“无线电源设计涉及硬件和软件；这无疑是一个系统游戏。为了实现稳定和高性能的无线电源解决方案，一个好的设计必须有扎实的硬件质量和强大的软件算法。这些是相辅相成的：无线电源确实是一种 SoC，其中硬件和软件相互作用以创建完美的系统解决方案以及解决各种动态用户场景所需的可扩展性，”Bavisi 说。

图 1：典型系统框图（来源：瑞萨电子）

无线技术是众所周知的，但发射机的设计、它们的位置、最大化效率的可能性以及验证整个系统的行为代表了需要使用复杂工程解决方案的复杂挑战。

Qi 是一种使用电磁感应的无线充电系统。在通常为平面的发射器或基站中，可变电流通过的线圈会产生振荡的电磁场。在要充电的物体中，一个类似的线圈检测到这个可变场，并且由于众所周知的电磁定律，电流流过它，然后为要充电的电池供电。

“天线通常经过定制，以最适合终端设备外形中的无线接收器设备。一般来说，在手机中使用直径为 40mm-50mm 的天线是很常见的，”Bavisi 说。

例如，Qi 在无线充电器中提供了各种线圈配置，这样用户就不会被迫精确定位要充电的设备。理论上，线圈需要靠在一起才能传输电力，理想情况下是重叠的，但 Qi 标准的一些元素允许即使线圈相距几厘米也能充电）。该标准还规定了充电器和被充电设备之间的一种通信形式：这是使用与充电相同的磁场完成的，并允许在充电完成时停止磁场的产生。

参考设计

这些参考设计旨在提供交钥匙解决方案，以帮助智能手机 OEM 快速、经济高效地在高端和中端智能手机上部署快速无线充电，并具有多次可编程性 (MTP) 和 OTA 更新，以简化软件开发和 Qi认证过程。Bavisi 强调了瑞萨电子的 30W 解决方案与高通技术的 5G 解决方案如何提供超过 85% 的端到端系统效率，促进向下一代中端智能手机提供快速无线充电技术。

无线电源接收器包括带有集成高压电容器分压器的瑞萨电子 P9412，提供小尺寸并腾出 PCB 面积以包含新功能。P4912 是一款低阻开关全同步整流器，内置 32 位 ARM Cortex-M0 处理器。

“集成电容分配器极大地提高了系统效率，同时减小了高功率设计的解决方案尺寸。通过集成高效电容分压器 (>98%)，无线电源接收器线圈现在以一半的电流水平运行，从而大大降低了整体功率损耗。集成解决方案允许无线接收器 IC 在操作模式更改期间无缝控制状态转换，并简化系统设计。为了实现 85-90% 的端到端系统效率（墙上适配器到无线电源输出到手机电池或电池充电器），单个组件的效率需要很高，以免产生热点。20V（完全集成）的高效电容分压器减少了电话客户和计算机客户的集成问题，

P9412 按照 WPC 5W 规范运行，还采用更高功率的协议，允许将功率传输扩展到 WPC 5W 标准之外。定制的高功率协议嵌入在设备的固件中，允许系统验证超过 15W 的功率传输。（图2）。

图 2：P9412 的框图（来源：瑞萨电子）

无线能量存储在一个或多个连接到 VRECT 的电容器上。整流器电路和控制块提供转换和连接，以将效率保持在所需水平。内部 ADC 监控 VRECT 上的电压和负载电流，P9412 向功率发射器发送指令以增加或减少传输的功率量。

审核编辑 黄昊宇