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無線充電Qi2.0PMIC方案，穩(wěn)定高效！
時間:2023-10-09
來源: 芯洲科技
隨著WPC Qi2.0的發(fā)布，Qi2.0認證讓眾多無線充方案商及相關產業(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，帶來無數的機遇與挑戰(zhàn)。無線充的便捷與安全正在被用戶們認可，市場對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線的裝置，利用電磁感應原理、電磁波共振原理或者其它將磁場作為傳送功率橋梁的技術，在發(fā)送端和接收端兩個地方采取相應的裝置來對產生的交流信號進行發(fā)送和接收進而完成充電的一項技術。
手機無線充采用的的是磁感應式：初級線圈產生一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸轉化到接收端。
圖1 無線充原理圖 摘自百度百科
什么是Qi2.0?
只要任意數碼設備上有Qi的標識，意味著都可以用Qi無線充電器進行充電。Qi2.0是Qi的升級版，是WPC無線充電聯盟制定的全新增強型無線充電標準。Qi2.0的充電功率由Qi1.3的7.5W提升到Qi2.0的15W，同時對現有的BPP和EPP協議進行優(yōu)化，形成全新的MPP協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IC的安全認證以及MCU和受電端的握手后，MCU控制全橋在線圈上產生交變的電流，使線圈上的磁場產生變化實現電磁轉化，實現無線充電。
圖3 MPP發(fā)射端方案框圖
方案解析：
SCT12A2
升壓IC，在Qi2.0的標準中最大充電功率為15W，為了提高效率，需要提高電壓以減小電流，在Qi2.0的標準內最高電壓可到19V，這就要求在適配器之后必須用一顆升壓芯片對適配器的輸出進行升壓，給全橋供電。
SCT63240A
一路全橋在MCU的控制下在線圈上產生交變的電流，使線圈上的磁場產生變化實現電磁轉化；一路LDO可以給MCU供電；還有一路Buck在多充的場合，可給小功率的無線充供電，例如手表無線充電。
鑒權IC
鑒權IC實際是安全芯片的一種，有防偽認證、通訊保護和保護數據安全性的作用，給大功率充電提供了安全保護，WPC發(fā)布的Qi2.0要求，要通過Qi2.0的認證就必須包含鑒權。
MCU
和受電端握手，調控BOOST芯片的輸出電壓，通過控制占空比去調控全橋的輸出功率，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20W的輸出功率
· 14.5mΩ Rdson功率MOSFET集成全橋功率級
· 集成高效5V-1A降壓DC/DC轉換器
· 針對EMI降低進行了優(yōu)化
· 內置3.3V-200mA LDO
· 集成無損輸入電流傳感器，FOD和電流解調精度為±2%
· 3.3V和5V PWM信號邏輯兼容
· 輸入欠壓鎖定
· 過電流保護
· 過溫保護
· 3mm*4mm QFN-19L封裝
BOOST方案— SCT12A2
SCT12A2是一顆升壓IC，最高輸出電壓21V，開關電流15A，輸出功率30W以上，完全符合Qi2.0的需求，可以驅動一顆P-MOSFET做負載開關，解決了BOOST IC不能完全關斷的問題。
· 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時效率高達96%
· 最高15A開關電流和可編程峰值電流限制
· 使用外部P溝道MOSFET的負載斷開控制
· 典型關閉電流：1uA
· 可編程開關頻率：200kHz-1.0MHz
· 頻率調變模式
· 可編程軟啟動
· 輸出過壓保護
· 過溫保護：150°C
· 提供DFN-20L 3.5mmx4.5mm包裝
BOOST升級方案— SCT12A5
在MPP方案中，客戶比較關注的兩個點——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，效率達到了97%；
2. 尺寸：更小的封裝尺寸，QFN3*4的尺寸對于空間要求更小。
· 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時效率高達97%
· 高達21.5A的開關電流和可編程峰值限流器
· 典型關閉電流：1uA
· 靜態(tài)電流：300uA
· 固定400KHz開關頻率
· 輕負載條件下可選擇PFM、USM和FPWM并行模式
· 可編程軟啟動
· 輸出過壓保護
· 過溫保護：150°C
· QFN-13 3mm x 4mm封裝
目前，SCT12A2和SCT63240A已穩(wěn)定量產3年以上，如有需求可以提供樣片測試，申請樣片或訂購可聯系銷售或郵件至：[email protected]。
