采用智能手机的无线充电参考设计

瑞萨电子已经扩大了与高通技术公司的合作，将30W Wattshare无线充电功能包括在采用最新Qualcomm Snapdragon 780G 5G移动平台驱动的中档智能手机上。新的参考设计基于瑞萨的P9412。它支持带有认证的专有快速充电模式和24kB多次可编程（MTP）非易失性存储器。

瑞萨电子（Renesas Electronics）的移动基础设施和IoT电源业务部瑞萨无线电源事业部副总裁兼总经理Amit Bavisi在接受EE Times采访时，强调了两家公司的持续合作是将集成无线电源功能扩展到中国的重要一步。 5G智能手机。

“ 5G革命给手机设计人员带来了挑战，因为该技术具有更高的性能，并且比以前的产品更能支持更耗电的用户应用程序。随着手机制造商在增加5G设备阵容的同时扩大电池尺寸并在这些智能手机中包装越来越多的功能，无线电源设计要求高效，快速的充电和更低的热占用空间。” Bavisi说。

5G无线充电

无线充电系统具有无线功率发射器基站，该基站具有一个或多个发射器，这些发射器可通过DC-AC逆变器提供功率并将功率传输到移动设备中的一对电感器。典型的系统在线圈之间采用近场磁感应，并且可以是自由定位或磁驱动系统。接收器控制传输的功率以优化充电。Rx-to-Tx通信通过传输频率的带内通信使用现有的电源链路，或者也支持带外通信。

“无线电源设计涉及硬件和软件；毫无疑问，这是一个系统游戏。为了获得稳定且高性能的无线电源解决方案，一个好的设计必须具有可靠的硬件质量和强大的软件算法。它们并驾齐驱：无线电源确实是一个SoC，其中硬件和软件相互影响，以创建完美的系统解决方案以及解决各种动态用户场景所必需的可扩展性，” Bavisi说。

图1：典型系统的框图（来源：瑞萨）

无线技术是众所周知的，但是发射机的设计，它们的位置，最大化效率的可能性以及验证整个系统的性能代表着复杂的挑战，需要使用复杂的工程解决方案。

Qi是使用电磁感应的无线充电系统。在通常为平坦表面的发射器或基站中，通过可变电流通过的线圈会产生振荡电磁场。在待充电的物体中，类似的线圈检测到该可变磁场，并且由于众所周知的电磁定律，电流流过该磁场，然后为待充电的电池供电。

“通常定制天线以使最终设备的外形尺寸最适合无线接收器设备。一般来说，通常会在电话中看到直径为40mm至50mm的天线。” Bavisi说。

例如，Qi可在无线充电器中提供各种线圈配置，从而不会迫使用户精确定位要充电的设备。从理论上讲，线圈需要彼此靠近以传递功率，理想情况下是重叠的，但是Qi标准的某些元素即使在相距几厘米的情况下也可以充电。该标准还规定了充电器和被充电设备之间的一种通信方式：使用与充电相同的磁场来完成通信，并且除其他事项外，还可以在充电完成后停止产生磁场。

参考设计

该参考设计旨在提供统包解决方案，以帮助智能手机OEM在高端和中型智能手机上快速且经济高效地部署快速无线充电，并具有多次可编程（MTP）和OTA更新功能，以简化软件开发和Qi。认证过程。Bavisi强调了瑞萨的30W解决方案与高通公司的5G解决方案如何提供超过85％的端到端系统效率，从而促进了向下一代中端智能手机的快速无线充电技术交付。

无线电源接收器包括瑞萨电子（Renesas）的P9412，该芯片带有集成的高压电容器分压器，体积小巧，可释放PCB面积以包含新功能。P4912是具有低电阻开关的完整同步整流器，具有嵌入式32位ARM Cortex-M0处理器。

集成式电容分压器极大地提高了系统效率，同时减小了大功率设计的解决方案尺寸。通过集成高效的电容分压器（》 98％），无线电力接收器线圈现在以电流水平的一半运行，从而大大降低了总功率损耗。该集成解决方案允许无线接收器IC在操作模式更改期间无缝控制状态转换，并简化系统设计。为了达到85-90％的端到端系统效率（用于将无线电源输出到手机电池或电池充电器的墙上适配器），单个组件的效率需要很高，以免产生热点。20V的高效电容分压器（完全集成）减少了电话客户和计算机客户的集成问题，

P9412按照WPC 5W规范运行，并且还采用了更高的功率协议，该协议允许将功率传输扩展到WPC 5W标准之外。定制的高功率协议嵌入在设备的固件中，使系统能够验证超过15W的功率传输。（图2）。

图2：P9412的框图（来源：瑞萨）

无线能量存储在连接到VRECT的一个或多个电容器上。整流器电路和控制块提供转换和连接，以将效率保持在所需水平。内部ADC监视VRECT上的电压和负载电流，P9412向功率发送器发送指令以增加或减少所传输的功率。