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4G带旺无线充电产业Qi标准将普及电源技术万芳

发布时间:2020-02-14 11:16:45 阅读: 来源:电热器厂家

4G带旺无线充电产业 Qi标准将普及 - 电源技术 - 电子工程网

无线充电从诞生之日就饱受争议,而实现之路也是困难重重,我们寻找了两家涉足无线充电领域的公司,试图从他们的现状来一窥无线充电产业的最新动态。

成功的设计:不仅是性能,还需兼具工艺与良率

故事一的主人公高全喜,是上海锐灵电子科技有限公司的研发经理。值得一提的是,锐灵的无线充电产品在近日获得了苹果MFI(made for iPhone/iPod/iPad)认证。通过苹果MFI认证的条件很苛刻,必须经过苹果一系列严格的测试与论证,认证通过率仅有2%。高全喜分享了锐灵遇到的一些设计问题:

“前一段时间的移动电源+无线充电项目,在研发过程中遇到了一连串的问题,比如无线效率低、升压效率低而且波动大等。为此,我们设计了一大堆方案。对应无线充电效率低的问题,当时我们项目组有成员建议增加布线的线宽,有成员建议更换控制IC等,经过多次讨论以及各方案的初步排除试验,我们最终从众多方案中选取了两个可行性比较大的方案:方案一:更换MOS管,选取低导通阻抗MOS管,这样会使得效率少高一点;方案二:更换MOS管驱动IC,因为MOS管的死区时间和静态工作电流对整个电路的影响是很大的,更换死区时间小和静态电流小的驱动IC,会使得效率升高。这两个方案的优劣几乎部分高下,我们很难抉择。”

“考虑到成本、性能的权衡,在加上时间的紧迫,所以采用两个方案同时进行的方式,我将项目组分为2组,一组选取低导通阻抗MOS管,一组选取更换MOS管驱动IC的方式进行测试。测试结果出来,更换低导通阻抗MOS管成本会成指数增长方式,比如一个25毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到0.4元,一个16毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.1到1.5元,一个12毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.5到2元,以此类推,成本成现爆炸式增长,但是性能测试下来,效果改善不大,只从70%提高到72%。”

“与此同时,我们的第二个方案的结果也出来了,由于MOS管的死区时间需要整个电路的配合,MOS死区时间短了,就必须配合高速的MOS管,所以MOS管的开关时间以及对应的结电容就必须考虑,因此这个方案试验起来会比较繁琐,时间比较紧迫,但我们必须要经过多次试验,所以我们将力量再一次分散,最终几乎每个成员都在试验。”

“由于我们能量传输的频率能到205K,周期4us左右,所以我们原先使用的死区时间为400-650ns的ir2104就会产生了一定的影响,我们最终将ir2104换掉。经过不断测试,我们更换了死区时间为40-50ns的MOS管驱动IC,并选取了配套的MOS管AO3420,成本差别不大,然而效率呈现直线上升,最高效率可以测试到77%,这个问题得到解决。”

“关于升压效率低而且波动大的问题,我们当时有成员主张我们自主研发,依照一个成熟的方案,提高其效率;有一部分成员主张选取新的方案。考虑到目前移动电源方案公司相当多,所以我们最后决定,选取大量目前现有的移动电源方案,分别进行测试,测试不过就换,最后选取了深圳一家公司的方案,采用ME2139升压解决了这个问题,最终实现升压可达到2A,效率可达到90%,而且输出纹波也在要求范围内

故事二的主人翁蔡焱,是无线联电科技有限公司中国业务发展负责人,目前同时参与和承担产品策划和定义的工作。和其他公司一样,无线联电的发展壮大,途中也遇到多种挑战,比如2012年初,当时公司决定开发一款家用型的超薄无线充电器,需符合Qi 1.0标准,采用多线圈方式以使手机可“自由摆放”进行无线充电,主要针对日本和欧美市场。当时这个研发项目的主要的困难包括:

A. 此前的多线圈方式无线充电器通常都是采用绞合式的铜线圈(Litz Coil), 成本高,工艺复杂,良率比较低;

B.日本客户提出需要具备“金属异物探测功能(FOD)”,即可以识别出手机与无线充电座之间类似5毛硬币大小的金属物质;

C. 在不牺牲产品性能的前提下,要做出体积小巧的无线充电座,符合亚洲客户的审美要求。

通过根据实际情况,他们提出了性价比合适的解决方案:

A. 采用创新的PCB线圈,8层线路板的设计。这样可以使主线圈和“金属异物探测”线圈(辅助线圈)以上下叠加的方式来布置,既保持了多线圈的“自由摆放”特点,又增加了“金属异物探侧”功能。——由于这部分的工作可以在线路板工厂以自动化产线生产,所以同时还达成了工艺简单和良率提高的目标;

B. 主线圈的设计是整个磁路设计的关键,对于效率以及Qi标准中最难做好的通讯部分,至为关键。由于选用了尺寸较大/股数较少的线圈组合,使得无线充电的“有效区域”显著增加,而且在“有效区域”内的工作时,也达到了既无工作盲点,又非常的高效。整套设计在Qi标准最新规范(1.12)中,被定名为“B4”号标准设计方案;

C.在小巧轻薄方面,用该方案做的首台家用型无线充电器就做到7.9毫米的厚度,在2012年末该产品上市时,是全世界最薄的无线充电器;

D.方案的主控芯片是由公司自行开发,从规划到完成仅用不到8个月的时间。而且在设计时就以车规为要求,以满足在各种复杂环境中使用的要求,之后在北美和日本的车载无线充电装置中被采用。

他们眼中无线充电的未来

蔡焱指出,由于智能手机(包括所谓的Phablet)内置电池容量加大,对无线充电的功率提出更高要求,5W(5V/1A)将成主流,甚至7.5W/10W(5V/1.5A和5V/2A)不久也会出现。这对无线充电的效率提出了更高的要求。 另外一个方向就是对多个移动终端同时进行无线充电,这在2014年也会开始流行,因为越来越多的消费者有数台移动终端同时使用,其中包括LTE这样的耗电大户。“从日本和美国的经验来看,一旦上了4G,随时随地充电变成了‘必须’。” 他表示。“而高通打算在应用处理器中整合Rx, 目前来看不会在近期达成,因为首先需要将目前的几种无线充点标准作一个整合。其中的差异性实在太大,而手机厂家对高通这种‘大集成’方式,有越来越多的担心。”

高全喜指出,从技术角度看来,无线充电下一步的发展方向是大功率、远距离无线充电。除了目前应用在消费电子的手机、平板、笔记本等无线充电,将来还会发展到厨房电器、医疗器械、军工设备等非接触式供电电器,比如,在军工方面的一些水下探灯,或者一些容易爆照的、不能有明火的场所,这些场所的照明等供电设备最好是用塑料整体包装,尽量不要有缝隙,这就给无线充电带来的很大的发展前景。而无线充电中对半导体芯片的要求大多集中在发热量上,一般发热低,效率就会高点,而且温度稍低,性能就会可靠,“所以在产品验证测试中,我们重点解决的是效率和发热量的问题。”

2014年来看,中国市场是很关键的,因为4G开始在中国推广,而且中国已经成为全球最大的智能移动终端市场。如果中华酷联,以及小米OPPO等也发力这块市场的话,那么无线充电的市场会迅速放大。“中兴和TCL已经在2013年发布了其支持Qi标准的无线充电产品,市场反响也不错。三大运营商刚刚解决4G牌照和标准问题,下一步是布置基站和布网,估计2015年他们将会成为推动无线充电的主力,因为4G手机届时将会普及起来。3G智能手机带旺了移动电源产业,4G将带旺无线充电产业!”蔡焱充满信心地表示。

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