【3PEAK工程师分享】好器件助力无线充电市场

    无线充电能火的原因不单是“简单”。实际上，这种无插线的充电方式有利于做防水，防潮的处理。浴室的电动牙刷，剃须刀，库房的电动工具也合适用上这种充电技术。另外，这种无接触充电方式也特别合适无人值守的智能设备，比如，扫地机器人和快递分拣机器人。

    经过近十年不温不火的发展。这个市场最终以苹果I8,IX的支持得以引爆。从2017年往后，这个市场被大家普遍看好。同时各方面的支持也全面到位。从无线充电联盟的规范标准Qi无线充电标准，到线圈，电容等被动元器件厂商高性能组件，再到定制化的芯片方案等，都已处于准备好的状态。这些年无线充电的发展也是元器件性能提高和价格降低的发展。先来看看一个无线充电器主要的部件：

 无线充电发射端和接收端功能框图

主要供应商：

主控：IDT、NXP、TI、ST、新页微、芯唐、劲芯微、伏达、易冲无线、新捷等

Power Module：TI 、MPS

DCDC/LDO：TI、MPS、3PEAK

OPA：TI、ST、3PEAK

       无线充电器作为数码配件，最终的竞争力是成本和性能的平衡。系统通常是密闭的小空间设计，环境温度较宽，同时兼有恶劣的电磁环境。这对于系统组件提出了更高的要求。三大核心设计难点如下：

  谐振控制

  现在IC制程已进步到纳米层级，但电容、电感组件的规格却很难做到误差在百分之一以下，而在无线充电系统中用两个线圈感应耦合，而线圈即为电感，在线圈上需要搭配电容作为谐振匹配，这样的构造即同LC振荡装置，较为不同的是在这系统中的目的是为了要在线圈上传输功率，为了提高效率需要在电容、电感选用低阻抗零件使质量因子Q提高，在这样的设计下其谐振曲线的斜率变的非常的大，在量产中系统设计频率与电容、电感搭配变的非常困难，因为先前提到电容、电感存在相当的误差。这样高性能的电感，电容组件变得十分重要。正因为以上原因，平时被冷落的高温度稳定性的 50V/0.1uF NPO规格电容价格因为无线充电市场的增量，价格被从3毛推高至1.3RMB而买不到货的境地。

不同材质陶瓷电容温度容值特性曲线

  数据传送

  Qi标准对于数据传送方式提出一种廉价而可靠的方案。这种方式简单来说就是通过接收端改变阻容特性，把通讯信号加载到主功率波上。这样发射端可以通过对主功率波的监测来解析接收端信息。从而发射合适的功率给接收端。这种方法无需增加额外的通信组件，满足低成本的要求。

  高效率功率传送

  在系统中有四个主要传送功率的损耗点：1 供电端的功率开关器件，主要是电流通过MOSFET的损耗和MOSFET开关损耗。2 供电，受电线圈与谐振电容通过电流的损耗。3 受电端整流器交流到直流的转换损耗。4 受电端DCDC转换损耗。

  专业的电源芯片厂家提供了更低导通阻抗，更小开关损耗的功率MOSFET和整流管来达成更高工作效率。除了前述的方法外，有一个好的解决方式，就是供电端只发送受电端所需要的功率，在受电端上收到过大的功率会提高整流器与稳压器的转换损失，而要完成这个功能就需要先将系统中的谐振控制与数据传送功能完成。

  一个高效能的无线充电系统的运作，受电端可以透过数据传送通知供电端目前所需要的功率，而供电端再透过谐振控制调整功率输出发送到受电端，而这个动作是需要快速的自动调整，所以在数据传送上需要非常稳定才能实现。数据通信的回送，主要是接收端把通讯信息加载到功率谐振波上回馈至发射端。发射端通过OPA对电压和电流波形解调来获取受电端的信息。同时电流检测OPA能实时监视发射端的输出功率。这样，对于OPA的主要指标要求会落在可控的输入失调电压上。输入失调电压是运放本身误差信号，如果太大会淹没有限的有效信号。特别是对于轻负载工作时的电流检测。

  3PEAK运放运用先进的TRIM技术来修正OPA输入失调电压。TRIM技术运用于芯片封装测试阶段，而不是晶元生产阶段，能有效避免封装制造等带来成品指标的变化。TRIM技术最低能把失调修正到5uV. 最低失调电压温度漂移0.05uV/︒C。先进的TRIM方法能对抗恶劣的环境温升和强的电磁干扰。

  无线充电除手机市场的应用，未来必会在更多的智能终端，电子电器产品中应用。未来想象空间很大。无线充电技术必将向着更高功率，更多功能需要求的方向发展。这对于器件厂商来说是更大的机会和更高的挑战。3PEAK应用于无线充的OPA型号有：LM358/324，TP199（电流检测专用精密放大器）等。