無線充電的應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，從功率分布看，從小于5W（如可穿戴設(shè)備）到數(shù)W（如手機(jī)/平板、筆記本電腦、電動(dòng)工具、廚電）到kW級(jí)（如汽車）都會(huì)出現(xiàn)。隨著華為、小米等國內(nèi)手機(jī)將無線充電作為標(biāo)配，2018年手機(jī)帶來的無線充電改變會(huì)非常大。其中，7.5W和10W將成為主力。

同時(shí)，在今年春節(jié)前，市場(chǎng)上做的5W方案非常多。這些方式比較原始，在今年只會(huì)成為禮品市場(chǎng)。但是，這一市場(chǎng)對(duì)無線充電的要求也會(huì)越來越高。發(fā)熱將是無線充電需要解決的一個(gè)主要問題。

這是日前在ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“無線充電與快速充電技術(shù)論壇”上，微源半導(dǎo)體總經(jīng)理戴興科在其“無線充電現(xiàn)有解決方案及未來思考”演講中所談到的問題。同時(shí)他也重點(diǎn)談及了無線充電未來發(fā)展的五點(diǎn)思考。筆者也注意到他們家一個(gè)比較特別的產(chǎn)品——協(xié)議（誘騙）芯片。

無線充電市場(chǎng)目前的理解

首先他談?wù)摿宋覀儸F(xiàn)在對(duì)無線充電的理解，如下：

1.無線充電技術(shù)已存在多年，Apple發(fā)布iPhone X后得到爆發(fā)性成長(zhǎng)  2.無線充電應(yīng)用的產(chǎn)品非常廣，如IoT、手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、汽車等  3.無線充電應(yīng)用的場(chǎng)景非常廣，如家用消費(fèi)、辦公室、車用、公共場(chǎng)所、共享領(lǐng)域等  4.無線充電應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，如WPC Qi、PMA、A4WP  5.無線充電應(yīng)用的需求大，如每人的手機(jī)充電需要3臺(tái)以上不同應(yīng)用場(chǎng)景

目前，無線充電的實(shí)現(xiàn)方式主要有電磁感應(yīng)和磁共振兩種，前者是主流。蘋果手機(jī)采用的電磁感應(yīng)技術(shù)是定頻調(diào)壓方式，這對(duì)做SoC或系統(tǒng)級(jí)的人來講，是一場(chǎng)小小的革命，因?yàn)檎麄€(gè)電路和軟件都得要修改，他表示。

據(jù)某市場(chǎng)咨詢公司預(yù)測(cè)，2018年無線充電的出貨量將達(dá)到6億臺(tái)以上。“但從實(shí)際來看，2018年會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一數(shù)據(jù)——光深圳就有3000家以上的無線充電廠家，而且我們公司每天有50家客戶在增加。這么多公司在做，一定會(huì)促進(jìn)發(fā)射端數(shù)量的突破。我個(gè)人認(rèn)為，無線充電會(huì)是一種剛需。當(dāng)你沒有用的時(shí)候，你會(huì)理解它又慢又發(fā)熱，效率也不高。但這三個(gè)不足之處可能跟個(gè)人的使用習(xí)慣有關(guān)。當(dāng)你用過之后才會(huì)覺得它非常方便。”他指出。

無線充電解決方案及集成趨勢(shì)

下圖是無線充電的原理結(jié)構(gòu)，它采用磁場(chǎng)耦合的方式。“大約在5年前，無線充電剛出現(xiàn)的時(shí)候，我理解的是，無線充電其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)電磁爐，里面就一個(gè)MCU，是系統(tǒng)廠商的機(jī)會(huì)，跟電源管理沒有什么關(guān)系。隨著快充出現(xiàn)，無線充電突然就消失了。但現(xiàn)在隨著蘋果手機(jī)引入，這個(gè)市場(chǎng)又重新起來。我們覺得這一波無線充電會(huì)來得比較猛。”戴總談到。

無線1

從電路原理結(jié)構(gòu)上來講，Tx和Rx端非常簡(jiǎn)單。在Tx端，MCU控制驅(qū)動(dòng)器，然后控制MOSFET，再通過電容耦合給線圈。再通過傳感采樣，告訴MCU功率到了多少，然后調(diào)整。這個(gè)線路有它的局限性。“比如說前幾天，我們用iPhone X在一個(gè)客戶的板子上試，充到了9V/1.3A，也不知道對(duì)不對(duì)。但是蘋果工作的功率是7.5W，我不知道是控制錯(cuò)了，還是我的手機(jī)有問題。”戴總指出，“現(xiàn)在功率的部分，其實(shí)大家說的5W、7.5W和10W，到最后并不是核心的參數(shù)。當(dāng)我把手機(jī)拿進(jìn)一點(diǎn)或隔遠(yuǎn)一點(diǎn)，它的功率變化非常大。因此，整個(gè)無線充電的設(shè)計(jì)不只是電路的部分，結(jié)構(gòu)（包括線圈的大小、線圈的擺放方式等）也決定最終功率是多少。”

無線2

判斷一家SoC或MCU的公司，它的方案是否成熟，主要在于SoC/MCU的采樣和控制準(zhǔn)不準(zhǔn)，因?yàn)槠渌挠布家粯印?/p>

在無線充電上，微源的解決方案主要給MCU/SoC周邊做配套，包括驅(qū)動(dòng)芯片LP1111和上下半橋MOSFET。

“我們覺得，無線充電最終將會(huì)是價(jià)格戰(zhàn)，它沒有什么太多的地方（功能）可以玩。”戴總說。

現(xiàn)在無線充電電路板上的元件還比較多，在大批量生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)加工問題、貼片問題等。因此業(yè)界也在思考，如何簡(jiǎn)化上面的元器件數(shù)量。包括最近電阻漲價(jià)，也讓大家措手不及。“我最近去到一個(gè)客戶那里，當(dāng)它一個(gè)月貼到2kk時(shí)，一顆電阻、一顆電容對(duì)它來說都是大問題。因此我們做了一顆雙驅(qū)動(dòng)芯片LP1120。這樣做H橋的時(shí)候，一顆驅(qū)動(dòng)加2顆MOSFET就可以完成。”戴總說。另外還有驅(qū)動(dòng)芯片+MOSFET的組合芯片LP1130，這樣一顆SoC加2顆LP1130，就完成了整個(gè)主回路設(shè)計(jì)。而且LP1130是用SO8封裝，非常方便生產(chǎn)。另外微源也在做一顆更高集成度的芯片，LP1140，它集成了2顆驅(qū)動(dòng)、2顆MOSFET和電壓電流采樣，采用SOP16封裝，這樣一顆SoC加一顆LP1140就完成了設(shè)計(jì)，可以更大程度地方便生產(chǎn)，降低成本。

基于這個(gè)思考，未來的無線充電可能只需要一顆MCU（覆蓋協(xié)議部分）加一顆后裝ASIC，再加電容和線圈就完成了最終的布局。這樣更有利于無線充電的普及，也可以更進(jìn)一步縮小電路板尺寸。

另外，無線充電應(yīng)用在汽車上是一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)景。因?yàn)槠嚟h(huán)境非常惡劣，所以需要保證無線充電在車上能安全使用。目前在車載充電器這部分，微源有1A到6A的產(chǎn)品供各位使用，這些產(chǎn)品提供汽車所需各種保護(hù)機(jī)制。“對(duì)于消費(fèi)類廠商進(jìn)入到車載市場(chǎng)，還是有一些門檻，里面的坑太多了。我們家用了4年的時(shí)間，把里面的坑（包括高溫、高壓、沖擊等）都拆了。”他補(bǔ)充。

另外筆者還聽到一款特別的產(chǎn)品，叫協(xié)議（誘騙）芯片。“我們看到現(xiàn)在在做7.5W、10W的廠商，國內(nèi)的MCU明顯滯后。它們目前最大的問題就是協(xié)議的兼容性做不好，因?yàn)樗鼈兿胗米畋阋说腗CU去帶動(dòng)市場(chǎng)，然后出來的電壓去跟各種協(xié)議芯片握手的時(shí)候非常不準(zhǔn)確。在這種需求下，我們做了一顆協(xié)議誘騙的芯片。這樣MCU+這顆誘騙芯片，就可以把市面上百分之七八十的快充充電器的電給誘騙出來，進(jìn)行快充。這顆芯片采用ASIC方式，所以它的握手非常成功。它可以保證MCU信號(hào)的上升沿下降沿非常準(zhǔn)確。”戴總解釋說。

無線充電未來的五點(diǎn)思考及戴總觀點(diǎn)

1.SoC內(nèi)置驅(qū)動(dòng)與分立方案的優(yōu)劣勢(shì)是什么？

目前，一些芯片商可能會(huì)推出驅(qū)動(dòng)內(nèi)置的SoC。這樣可以讓BOM變得簡(jiǎn)單一點(diǎn)，讓供應(yīng)鏈變得可控一點(diǎn)。從成本來看，SoC和驅(qū)動(dòng)是兩種完全不同的工藝。從芯片設(shè)計(jì)的角度說，驅(qū)動(dòng)需要高壓工藝，是模擬器件；SoC是5V工藝，是數(shù)字器件。對(duì)于數(shù)字芯片，工藝越小越好（比如臺(tái)積電現(xiàn)在到7nm），成本越低。但我們驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在采用110nm，就沒有想法再往下做，因?yàn)閷?duì)模擬部分來說，最重要的是電壓、電流的能力以及精度的可靠性。對(duì)MCU則追求的是運(yùn)算能力、成本和引腳數(shù)等。因此，如果將這二者組合起來，成本至少上升3倍以上，未來沒有意義——現(xiàn)在還有意義，因?yàn)镾oC現(xiàn)在單價(jià)還高，但不久的將來將會(huì)到1元RMB以下。從芯片設(shè)計(jì)的角度，MCU內(nèi)置驅(qū)動(dòng)對(duì)于5W的應(yīng)用會(huì)有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗恍枰邏?，而?duì)于5W以上的應(yīng)用，理論上它不會(huì)有任何優(yōu)勢(shì)——現(xiàn)在還有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)目前單價(jià)也還太高。

2.單芯片半橋全橋與分立方案的優(yōu)劣勢(shì)是什么？

國內(nèi)有一家公司出了一顆H橋的單芯片SoC，搭配它們自己的方案在我們那推廣。但我們看到spec之后在想，這樣的單芯片方案真的是客戶需要嗎？它的功率怎么樣做到兼容？它里面非常致命的是MOSFET該做多大。這對(duì)成本管控會(huì)是個(gè)很大的問題。一切的需求是來自于現(xiàn)在整個(gè)無線充電供應(yīng)鏈，它的成本大家都還有“肉”。到只剩“骨頭”的時(shí)候，SoC的方案會(huì)消失。它不可能做得過分立方案，比如我們的驅(qū)動(dòng)做成SO8，第一這種配置非常通用，而且沒有產(chǎn)能和成本問題。這種方案已經(jīng)做到了極限。因此，SoC在某個(gè)階段可能有優(yōu)勢(shì)，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，針對(duì)不同功率，它可能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得不一樣。

3.無線充電對(duì)于體積的需求是否會(huì)大于對(duì)成本的需求？

顯然，無線充電對(duì)成本的需求大過對(duì)體積的要求。對(duì)用戶來說希望的是，手機(jī)放上去是穩(wěn)穩(wěn)的。當(dāng)然，小的產(chǎn)品有，比如像給可穿戴設(shè)備去用的。

4.SoC與簡(jiǎn)易MCU在無線充電未來的前景如何？

現(xiàn)在有很多客戶都對(duì)外說自己是SoC方案，那么SoC和MCU到底哪種將成為未來的主流？我認(rèn)為還是取決于成本。因?yàn)镸CU成本現(xiàn)在已經(jīng)非常便宜了，這么多年也逐漸成熟，SoC離成熟還有距離。

5.無線充電效率的提升與減小發(fā)熱的方向如何？

目前我們測(cè)到的效率在85~86%，88%已經(jīng)是極限了。那么如何把效率提升到95%，這是行業(yè)內(nèi)所有人都應(yīng)該去思考的。那么電容耦合真的是唯一的方案嗎？