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“以小明大，見一葉落而知歲之將暮，睹瓶中之冰，而知天下之寒。” 無線充電從誕生之日就飽受爭議，而實現之路也是困難重重，我們尋找了兩家涉足無線充電領域的公司，試圖從他們的現狀來一窺無線充電產業的最新動態。 成功的設計：不僅是性能，還需兼具工藝與良率 故事一的主人公高全喜，是上海銳靈電子科技有限公司的研發經理。值得一提的是，銳靈的無線充電產品在近日獲得了蘋果MFI(made for iPhone/iPod/iPad)認證。通過蘋果MFI認證的條件很苛刻，必須經過蘋果一系列嚴格的測試與論證，認證通過率僅有2%。高全喜分享了銳靈遇到的一些設計問題： “前一段時間的移動電源+無線充電項目，在研發過程中遇到了一連串的問題，比如無線效率低、升壓效率低而且波動大等。為此，我們設計了一大堆方案。對應無線充電效率低的問題，當時我們項目組有成員建議增加布線的線寬，有成員建議更換控制IC等，經過多次討論以及各方案的初步排除試驗，我們最終從眾多方案中選取了兩個可行性比較大的方案：方案一：更換MOS管，選取低導通阻抗MOS管，這樣會使得效率少高一點；方案二：更換MOS管驅動IC，因為MOS管的死區時間和靜態工作電流對整個電路的影響是很大的，更換死區時間小和靜態電流小的驅動IC，會使得效率升高。這兩個方案的優劣幾乎部分高下，我們很難抉擇。” “考慮到成本、性能的權衡，在加上時間的緊迫，所以采用兩個方案同時進行的方式，我將項目組分為2組，一組選取低導通阻抗MOS管，一組選取更換MOS管驅動IC的方式進行測試。測試結果出來，更換低導通阻抗MOS管成本會成指數增長方式，比如一個25毫歐(VGS=4.5V)的MOS管成本能到0.4元，一個16毫歐(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.1到1.5元，一個12毫歐(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.5到2元，以此類推，成本成現爆炸式增長，但是性能測試下來，效果改善不大，只從70%提高到72%。” “與此同時，我們的第二個方案的結果也出來了，由于MOS管的死區時間需要整個電路的配合，MOS死區時間短了，就必須配合高速的MOS管，所以MOS管的開關時間以及對應的結電容就必須考慮，因此這個方案試驗起來會比較繁瑣，時間比較緊迫，但我們必須要經過多次試驗，所以我們將力量再一次分散，最終幾乎每個成員都在試驗。” “由于我們能量傳輸的頻率能到205K，周期4us左右，所以我們原先使用的死區時間為400-650ns的ir2104就會產生了一定的影響，我們最終將ir2104換掉。經過不斷測試，我們更換了死區時間為40-50ns的MOS管驅動IC，并選取了配套的MOS管AO3420，成本差別不大，然而效率呈現直線上升，最高效率可以測試到77%，這個問題得到解決。” “關于升壓效率低而且波動大的問題，我們當時有成員主張我們自主研發，依照一個成熟的方案，提高其效率；有一部分成員主張選取新的方案。考慮到目前移動電源方案公司相當多，所以我們最后決定，選取大量目前現有的移動電源方案，分別進行測試，測試不過就換，最后選取了深圳一家公司的方案，采用ME2139升壓解決了這個問題，最終實現升壓可達到2A，效率可達到90%，而且輸出紋波也在要求范圍內 故事二的主人翁蔡焱，是無線聯電科技有限公司中國業務發展負責人，目前同時參與和承擔產品策劃和定義的工作。和其他公司一樣，無線聯電的發展壯大，途中也遇到多種挑戰，比如2012年初，當時公司決定開發一款家用型的超薄無線充電器，需符合Qi 1.0標準，采用多線圈方式以使手機可“自由擺放”進行無線充電，主要針對日本和歐美市場。當時這個研發項目的主要的困難包括： A. 此前的多線圈方式無線充電器通常都是采用絞合式的銅線圈(Litz Coil), 成本高，工藝復雜，良率比較低； B.日本客戶提出需要具備“金屬異物探測功能(FOD)”，即可以識別出手機與無線充電座之間類似5毛硬幣大小的金屬物質； C. 在不犧牲產品性能的前提下，要做出體積小巧的無線充電座，符合亞洲客戶的審美要求。 通過根據實際情況，他們提出了性價比合適的解決方案： A. 采用創新的PCB線圈，8層線路板的設計。這樣可以使主線圈和“金屬異物探測”線圈(輔助線圈)以上下疊加的方式來布置，既保持了多線圈的“自由擺放”特點，又增加了“金屬異物探側”功能。——由于這部分的工作可以在線路板工廠以自動化產線生產，所以同時還達成了工藝簡單和良率提高的目標； B. 主線圈的設計是整個磁路設計的關鍵，對于效率以及Qi標準中最難做好的通訊部分，至為關鍵。由于選用了尺寸較大/股數較少的線圈組合，使得無線充電的“有效區域”顯著增加，而且在“有效區域”內的工作時，也達到了既無工作盲點，又非常的高效。整套設計在Qi標準最新規范(1.12)中，被定名為“B4”號標準設計方案； C.在小巧輕薄方面，用該方案做的首臺家用型無線充電器就做到7.9毫米的厚度，在2012年末該產品上市時，是全世界最薄的無線充電器； D.方案的主控芯片是由公司自行開發，從規劃到完成僅用不到8個月的時間。而且在設計時就以車規為要求，以滿足在各種復雜環境中使用的要求，之后在北美和日本的車載無線充電裝置中被采用。 他們眼中無線充電的未來 蔡焱指出，由于智能手機(包括所謂的Phablet)內置電池容量加大，對無線充電的功率提出更高要求，5W(5V/1A)將成主流，甚至7.5W/10W(5V/1.5A和5V/2A)不久也會出現。這對無線充電的效率提出了更高的要求。 另外一個方向就是對多個移動終端同時進行無線充電，這在2014年也會開始流行，因為越來越多的消費者有數臺移動終端同時使用，其中包括LTE這樣的耗電大戶。“從日本和美國的經驗來看，一旦上了4G，隨時隨地充電變成了‘必須’。” 他表示。“而高通打算在應用處理器中整合Rx, 目前來看不會在近期達成，因為首先需要將目前的幾種無線充點標準作一個整合。其中的差異性實在太大，而手機廠家對高通這種‘大集成’方式，有越來越多的擔心。” 高全喜指出，從技術角度看來，無線充電下一步的發展方向是大功率、遠距離無線充電。除了目前應用在消費電子的手機、平板、筆記本等無線充電，將來還會發展到廚房電器、醫療器械、軍工設備等非接觸式供電電器，比如，在軍工方面的一些水下探燈，或者一些容易爆照的、不能有明火的場所，這些場所的照明等供電設備最好是用塑料整體包裝，盡量不要有縫隙，這就給無線充電帶來的很大的發展前景。而無線充電中對半導體芯片的要求大多集中在發熱量上，一般發熱低，效率就會高點，而且溫度稍低，性能就會可靠，“所以在產品驗證測試中，我們重點解決的是效率和發熱量的問題。” 2014年來看，中國市場是很關鍵的，因為4G開始在中國推廣，而且中國已經成為全球最大的智能移動終端市場。如果中華酷聯，以及小米OPPO等也發力這塊市場的話，那么無線充電的市場會迅速放大。“中興和TCL已經在2013年發布了其支持Qi標準的無線充電產品，市場反響也不錯。三大運營商剛剛解決4G牌照和標準問題，下一步是布置基站和布網，估計2015年他們將會成為推動無線充電的主力，因為4G手機屆時將會普及起來。3G智能手機帶旺了移動電源產業，4G將帶旺無線充電產業！”蔡焱充滿信心地表示。 |
