創(chuàng)新將成為產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。無線充電是發(fā)展勢頭迅猛的新興技術(shù)之一。電磁感應(yīng)式充電是目前最主流的無線充電技術(shù)，緊隨其后的是諧振式無線充電。無線充電聯(lián)盟負(fù)責(zé)維護(hù)和制定各種無線充電應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，其中包括功率高達(dá)15W的智能手機(jī)和便攜式設(shè)備無線充電的Qi標(biāo)準(zhǔn)。該聯(lián)盟有350多家成員公司，半導(dǎo)體巨頭意法半導(dǎo)體也是其中之一。
意法半導(dǎo)體是一家處于世界前沿的創(chuàng)新公司，同時(shí)也是個(gè)人電子產(chǎn)品、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域無線充電解決方案的主要供應(yīng)商。個(gè)人電子產(chǎn)品中的無線充電技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)勢，例如可實(shí)現(xiàn)防水防塵設(shè)計(jì)，從而延長產(chǎn)品壽命，改善用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無端口設(shè)計(jì)。
除給電池充電外，無線充電技術(shù)還可以直接為設(shè)備供電。在很多工業(yè)應(yīng)用中，無線供電可以增強(qiáng)機(jī)械臂的活動自由度。在醫(yī)療和美容設(shè)備中，無線供電可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品密封設(shè)計(jì)，方便在后續(xù)使用前進(jìn)行消毒。
意法半導(dǎo)體可提供1W至100W功率的無線充電芯片。STWLC38是一款獲得Qi 1.3認(rèn)證的無線電能接收器芯片，針對可穿戴設(shè)備、耳機(jī)等空間受限的產(chǎn)品設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，最大功率可達(dá)15w，而總體面積(包括外圍元件)僅為7mm x 7mm。STWLC38可以與STWBC86發(fā)射器芯片配套使用。
STWLC38采用2.1mm x 3.3mm的WLCSP40封裝(晶圓級芯片尺寸封裝)，輸出電壓在4v至12v范圍內(nèi)可調(diào)，分辨率為25mV。處理器內(nèi)核是ARM 32位Cortex™-M0+，主頻最高64MHz，存儲器包括64kB ROM、16kB RAM，以及可以像閃存一樣保存固件補(bǔ)丁的32kB RRAM。
異物檢測(FOD)是無線充電產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這個(gè)功能可以檢測發(fā)射線圈和接收線圈之間存在的異物，并及時(shí)切斷電源。當(dāng)有金屬物體放置在發(fā)射線圈的磁場中時(shí)，在金屬上會感應(yīng)出渦流，導(dǎo)致金屬溫度迅速升高。STWLC38能夠精確測量電壓電流，并內(nèi)置多種保護(hù)措施來監(jiān)控過流、過壓和過熱等情況。
STWBC86是一款兼容Qi1.2.4無線充電標(biāo)準(zhǔn)的電能發(fā)射器，在Qi標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下最高發(fā)射功率為5W。它是一款集成全橋逆變器的單芯片解決方案，還配備了主頻64MHz的ARM 32位Cortex™-M0+內(nèi)核和8kB RAM，以及用于安裝固件補(bǔ)丁的8kB FTP(多次可編程存儲器)。該設(shè)計(jì)針對Qi標(biāo)準(zhǔn)A11a拓?fù)溥M(jìn)行了優(yōu)化，并采用低導(dǎo)通內(nèi)阻逆變器，以提高能效。
充電從有線變無線對于開發(fā)者來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。為了簡化開發(fā)過程，ST推出了兩種成熟的解決方案。STDES-WLC38WA(圖1a)和STDES-WBC86TX(圖1b)組成一套可穿戴應(yīng)用無線充電整體解決方案，并配備PCB Gerber文件、固件、軟件、設(shè)計(jì)指南和技術(shù)說明，方便用戶開發(fā)PCB電路板，當(dāng)作即插即用的設(shè)備使用。PCB面積為7mm*7mm(圖1c)，特別適用于空間受限的設(shè)備。
STDES-WLC38TWS(圖2a)是已有的成熟TWS(真無線立體聲)充電盒解決方案。定制線圈(圖2b)針對TWS外殼進(jìn)行了優(yōu)化，讓用戶可以輕松構(gòu)建無線充電解決方案。借助這些參考設(shè)計(jì)，開發(fā)者可以大大縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
▲圖1a：基于STWLC38的STDES-WLC38WA可穿戴設(shè)備無線充電接收板
▲圖1b：基于STWBC86的STDES-WBC86TX無線充電發(fā)射板
▲圖1c：STDES-WLC38A與一元?dú)W元硬幣比較
▲圖2a：基于STWLC38RX的STDES-WLC38TWS無線充電接收器板
▲圖2b：STDES-WLC38TWS無線充電接收板定制線圈
在5W至15W的功率范圍內(nèi)，STWLC38能效在同類產(chǎn)品中表現(xiàn)出眾(圖3)。
▲圖3：能效與接收器輸出功率
無線充電的用戶體驗(yàn)在很大程度上取決于充電器是否便捷好用。無疑，發(fā)射器和接收器對接錯(cuò)位會影響無線充電效果，我們最不想看到的情況是，手機(jī)或耳機(jī)在充電器上放了兩個(gè)小時(shí)卻一點(diǎn)電都沒有充進(jìn)去!
ST推出了一項(xiàng)叫做“ARC，即自適應(yīng)整流器配置”的專利技術(shù)，即使接收器與發(fā)射器錯(cuò)位幅度高達(dá)50%，設(shè)備也能照常充電。這大大提升了用戶體驗(yàn)，用戶只要將智能手表隨意放在充電器上，無需太在意手表對齊充電線圈，即可完成充電。
ST的接收器集成電路還實(shí)現(xiàn)了另一出色應(yīng)用場景——反向充電。用戶可以把無線接收器變?yōu)闊o線發(fā)射器或充電器。例如，用戶可以使用有ST接收器芯片的智能手機(jī)給智能手表或另一部智能手機(jī)等設(shè)備充電。
設(shè)計(jì)公司面臨Qi認(rèn)證耗時(shí)又昂貴的煩惱。ST能提供一個(gè)預(yù)合規(guī)測試解決方案，助力創(chuàng)新者在設(shè)備與充電器交互和Qi標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證上先行一步。（作者：Siddharth GHOSH，意法半導(dǎo)體功率分立與子模擬產(chǎn)品高級技術(shù)市場經(jīng)理）
（來源：意法半導(dǎo)體中國）
