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前言 隨著智能消費電子的普及，消費者明顯能夠感覺到電子類產品的屏幕不斷加大、功能不斷增多，而同時卻變得越來越耗電，每當不能及時充電，就會致使手機關機，隨之而來就會耽誤很多重要事件。對于電源供電，一直以來都是半導體市場上的硬需求，什么樣的產品能夠幫助消費者隨時供給電源？什么技術能夠實現隨時充？而什么樣的產品能夠支持這個技術？無線充電技術在2 年前被大多數人所知曉，依托于索尼、諾基亞等國際廠商推出的智能手機無線充電設備，使消費者進一步了解無線充電。今天，我們將圍繞東芝電子無線充電系統對該技術進一步討論。 無線充電技術 無線充電技術(wireless charging technology)，源于無線電力輸送技術。無線充電，又稱作感應充電、非接觸式感應充電，是利用近場感應，也就是電感耦合，由供電設備（充電器）將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，并同時供其本身運作之用。由于充電器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。目前為止，人們知曉最多的充電方式為電磁感應充電、磁場共振充電以及無線電波充電。 ●電磁感應式充電：初級線圈具有一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。目前最為常見的充電墊解決方案就采用了電磁感應。 ●磁場共振充電：由能量發送裝置和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在進一步研究的一種技術。 ●無線電波充電：發展較為成熟的技術，類似于早期使用的礦石收音機，主要由微波發射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在墻身插頭的發送器，以及可以安裝在任何低電壓產品的“蚊型”接收器。 到目前為止，使用以上充電模式的主流無線充電標準有三種：Qi 標準、PowerMatters Alliance(PMA)標準以及Alliance for Wireless Power(A4WP)標準。東芝電子目前已經加入了WPC 和PMA 協會。以便更好地面對無線充電產品應用，擴展無線充電系列的芯片。如圖一所示。 圖一 無線充電：三種標準圖釋 ●Qi 標準：Qi 是全球首個推動無線充電技術的標準化組織，無線充電聯盟(Wireless Power Consortium，簡稱WPC)推出。Qi 采用了目前最為主流的電磁感應技術。 ●Power Matters Alliance 標準：Power Matters Alliance 標準是由Duracell Powermat 公司發起的，而該公司則是由寶潔與無線充電技術公司Powermat合資經營，擁有比較出色的綜合實力。PMA 聯盟致力于為符合IEEE 協會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。 ●A4WP 標準：A4WP 是Alliance for Wireless Power 標準的簡稱，由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat 公司共同創建的無線充電聯盟創建。 綜上所述，無線充電技術的優點如下： ●無需連接器與電源線，便捷； ●充電器“整齊劃一”擺放; ●通用規格，可隨時隨地充電； ●容易進行防水測試，不必擔心落水 無線充電技術應用 從終端到生產制造，到處都充斥著無線充電的影子，正如下面圖三所述，東芝電子的無線充電系統也滿足這些終端的無線供電需求，從AC 適配器到送電端系統到受電端系統再到電池管理芯片最終到電池，無論該充電是接觸式充電，還是非接觸式，盡可能的降低系統能源損耗也變得至關重要。 圖二 無線充電的實際應用示意圖 東芝電子無線充電系統 東芝電子針對無線充電系統的產品分為接收端和發送端產品，其中接收端一共有四款無線電源接收器集成電路產品，分別是T6860WBG、TB6862WBG、TC7761WBG 以及TC7763WBG。以TC7761WBG 為例（圖四為其系統框架圖），該款接收芯片具有以下特性： √ 整合了Qi 標準的協議認證電路；符合包括異物檢測(FOD)功能的Qi 低功率 規格1.1 版本； √ 同步整流器； √ 5V/1A LDO 輸出包括負荷開關模式； √ 外部負荷開關驅動程序； √ 保護電路； √ 欠壓鎖定保護(PVDD / SW_DET)； √ 過壓鎖定保護(SW_DET)； √ 過壓鉗位保護(PVDD)； √ 過電流限制保護(5V LDO)； √ 過熱關閉； √ WCSP 晶圓級芯片封裝方式28 (0.5mm pitch)； 圖三 TC7761WBG 系統框架圖 TC7761WBG 接收器在各個性能方面的對比情況介紹： ●性能 以TC7761/63WBG 為例，從以下圖五中我們可以看到，在沉重負載情況下，東芝電子產品接收單元的效率仍會保持超過90%。 圖四 TC7761/63WBG 性能對比 ●效率 再舉一個例子，以最初實際條件為基準，就無線系統在智能手機中實測的最大效率結果進行比較。實驗環境統一設定發送端都為LG WPC-300，而接收端分別為A 公司（原配產品）以及TC7761WBG，下面文章中還會有更多的對比實驗。從圖六中我們可以看到，A 公司的產品最大效率為64%，而東芝半導體的最大效率為68%。這里的4%的效率差異在接收端已經十分明顯。 圖五 智能手機接收端最大效率數據對比圖 ●熱能 我們從下圖中的紅色箭頭可以看到，在5W 的輸出狀態下， TC7761/63 IC 溫度低于競爭對手23oC。 圖六 輸出5W 狀態下熱感圖像 下面我們繼續對比上面提到的兩個產品，對于所有電源相關設備，自發熱的現象一定不陌生，下面這一組對比是用來進行發熱比較。從實際出發，越來越多的客戶希望能夠看到芯片發熱低的優勢，這樣從根本上改變了自發熱的現象。從圖八種我們看到了明顯的熱影像對比，分別在500mA 和600mA 的情況下，A 公司產品的熱影像已經遠遠超過東芝電子的情況，同時在溫度上也有著本質的差別。 圖七 智能手機芯片接收端發熱情況對比圖 ●充電時間 對于無線充電而言，優異的充電效果不僅來自充電的穩定性，而且還來自于充電時間。從下面的圖中，可以看到充電時間的對比。 通過使用東芝電子產品，其效率如圖所示增加了，對eco（節能環保）有貢獻。對于重視eco 的制造商來說，這是很重要的社會責任感體現，針對充電市場的比較，通過限制充電能力的方法，可照顧到充電時間和芯片發熱問題。這樣的結果是相對于用USB 適配器充電的時間雖然變長了，但是，卻大幅度改善發熱問題的關鍵，這使得芯片的性能能夠充分發揮，便于達到相同水平的USB 適配器的充電時間。對于東芝電子而言，目前正在努力擴展其產品鏈爭取將電源轉換率以及充電時間進一步改善加強。圖九為目前東芝電子在售的無線充電技術產品的數據表。 圖八 智能手機接收端數據比較（上圖為充電時間與充電量的關系，下圖為使用東芝電子產品與適配器充電時間的對比） 圖九 東芝電子無線充電接收端芯片數據 此外，除了上面接收端產品的介紹，東芝半導體也有自己的發射端TB6865AFG，該芯片可以同時對2 個接收端進行無線充電控制。 具體數據如下： ● 27mm x 68mm 的充電面積 (A14)； ● Cortex-M3 Core； ● High Resolution PWM 8ch(100Hz step)； ● LDO 內置； ● 通用SOFT(A11/A12 用)執行完畢； ● Pre Driver 內置； Drive 4 x full bridge circuit； ● 12bit ADC 14ch； ● 保護電路； Over voltage lockout； Over current limit； Thermal shut down； ● 封裝：LQFP100 (14mmx14mm 0.5mm pitch)； 圖十 東芝電子接收端TB6885AWBG 系統框架圖 對于無線充電而言，發送端與接收端的芯片組合后的效率也是很多工程師關注的方向，優秀的充電區域范圍對最終充電產品的市場發展也有著重要的影響。例如，當你沒有把手機放置在最中心的充電區域時，手機能否充上電？能充多少電？當然，這也是更多消費者也關心的話題。下圖中是東芝電子無線充電解決方案(TC7761WBG+TB6885AWBG)在不同線圈條件下，不同位置的效率表現。如圖十二中所示，充電位置的變動對充電效率的改變影響不大，所以，對于消費者而言，“不小心”放錯地方也是能夠有媲美的充電效果。 圖十一 東芝電子無線充電解決方案在不同區域和線圈范圍內的效率 針對無線充電系統，東芝電子正在不斷地調整解決方案，作為專注于生態環保的公司，我們堅信優秀的效率與切實的實用性將造就東芝電子在這一領域的廣闊市場發展。 |
