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令无线车充设计变简单的一套方案
发布日期:2018-07-10 点击次数:25
2018年无线充电变得很火爆,越来越多的整车厂有车载无线充电的需求。想进入这个市场,需要好的方案。本文介绍的方案平台,能让您的无线车充设计变简单。
1.首先我们先了解下什么是Qi标准?
Qi是Wireless Power Consortium(WPC)无线充电联盟制定无线充电设备的全球标准之一。目前WPC在商业推广中的Qi标准目前已有240家会员公司,包括TI、NXP、微软、松下、Apple、三星、高通、海尔、宜家等等。从上游芯片厂商设计的芯片,到各类产品公司多样化的产品;再到家居、汽车等终端应用,一起构建了Qi标准的完整生态链环境。
2.那么Qi标准的无线充电原理是什么呢?
采用Qi标准的无线充电的基本原理并不复杂,依据的是中学物理就学过的两个定则,即
安培定则:振荡电场产生振荡磁场;
法拉第定则:振荡磁场产生振荡电场。
也即电力发射器PTx产生的时变磁场在适当定位的电力接收器PRx中产生电动势的现象。
当开始充电时,电力发射器PTx通过其线圈产生交变电流,从而根据法拉第定律产生交变磁场。该磁场又由电力接收器PRx内的线圈拾取并由功率转换器转换回可用于对电池充电的直流电流。
磁场的一个关键特征是它可以穿过任何非金属非铁质材料,如塑料、玻璃、水、木材和空气。换句话说,电力发射器PTx和电力接收器PRx之间不需要电线和连接器,从而实现了无线充电功能。
3.我们指的车充方案如下图:
4. 方案特色
输入电压范围为9 V DC至16 V DC(汽车蓄电池供电范围);
启停功能期间,输入电压可降至6 V DC电平;
接收器的额定输出功率为15 W(在接收器的输出端),并与5W接收器兼容;
设计符合Qi 1.2.4规范,且方案软件使用的获得Qi认证;
系统参数,线圈参数和FOD参数可以根据终端客户的具体需求灵活的配置;
预留NFC且集成CAN功能,为产品智能化发展奠定基础。
5. 无线充电技术点分析
1、控制回路的供电
12 V汽车电池输入连接到降压转换器(MPQ4558),其输出为5 V,给LDO (MPQ8904),MOSFET驱动器和CAN收发器供电。 LDO的3.3 V输出主要用于给WCT1011A和其他3.3 V器件供电。通常,DC-DC在轻载条件下工作。轻载时的高效率对于此辅助降压转换器非常重要。
2、功率回路的供电
MP-A9拓扑结构的Qi规范要求通过DC电压控制来控制传输到接收端的功率。电源源头是车载12V蓄电池,再经过buck-boost获得根据需要调整的稳压直流电压(范围从1V DC至24V DC),之后经过全桥逆变器生成加载在充电线圈上的交流。
通过数字Buck-Boost或模拟Buck-Boost芯片产生Vrail电压。
数字Buck-Boost直接由WCT1013A控制;
模拟Buck-Boost通过独立的模拟Buck-Boost芯片进行控制,WCT1013A芯片仅控制输出电压反馈。
全桥逆变器由两个MOSFET驱动器以及四个功率MOSFET组成。MOSFET驱动器由稳定的5V电压供电,可降低驱动器和MOSFET的功率损耗。全桥逆变器可以将直流的Vrail电压转换为频率125kHz、占空比50%的交流方波。在MP-A9拓扑结构的Qi规范中定义了频率范围(120 kHz至130 kHz)。
本文采用的是数字Buck-Boost的方式,优势是:
性价比高,硬件电路较为简单,且更容易控制,降低对软件开发的需求;DC-DC转换器的控制回路由主控固件辅助实现,实现不同的参数优化。

其他的技术点主要还有充电发射端和手机接收端的通讯、异物检测(FOD)。