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來源：Microchip 作者：Stephen Cui & Leo Wang 隨著近年來手機無線充電技術的進步, WPC 不斷優(yōu)化的無線充電標準（從Qi v1.2.4 到Qi v1.3），加上5G 網(wǎng)絡的普及，支持無線充電的智能手機出貨量持續(xù)拉高。根據(jù)Strategy Analytics 發(fā)布的最新研究報告，到 2021 年底，具備無線充電功能的智能手機市場存量將達到創(chuàng)紀錄的10億部，由圖一我們看到配備無線充電智能手機的銷量在亞太地區(qū)最為強勁——市場存量約占全球的49%，其中中國占了大半份額。與此同時，北美的市場存量占 21%，西歐僅占16%。 
圖一 數(shù)據(jù)來源：Strategy Analytics 受手機終端市場的推動，應用場景的多元化驅使了手機無線充電向汽車領域的滲透，車載無線充電也因此應運而生。目前國內(nèi)幾乎所有新上市的電動汽車都有支持 Qi®無線充電，傳統(tǒng)的燃油車配置無線充電也逐漸從高端車型過渡到中低端車型，很多 Tier1 反饋說車載無線充電極有可能成為今后汽車的一個標準件，由此看來車載無線充電擁有廣闊地前景。那么中國的車載無線充電在技術領域將來會呈現(xiàn)怎么的趨勢呢？下面筆者來談談自己的想法： 大功率快充 首先國內(nèi)市場的車載無線充電將會支持大功率快充功能。無線充電聯(lián)盟（WPC）在2021年8月發(fā)布了最新的Qi 1.3 標準規(guī)定了手機無線充電的發(fā)送端最大功率為 15W，但是目前很多國產(chǎn)品牌的手機都可以支持更大功率的無線充電，比如小米的 MIX4支持50W 無線快充，榮耀的Magic 3Pro 配備了66W 的無線快充等等。而一輛配置 40/50W 的無線充電的汽車，半小時就可以幫你把手機從低于 10%的電量充到接近80%，這將會給客戶帶來極佳的用戶體驗。因為一般情況下，我們的單程駕駛時間通常不超過 1 小時，而在這段時間內(nèi)，配置大功率的無線充電模塊幾乎可以將我們的手機電池充滿。因此，將來國內(nèi)車廠對無線充電模塊的功能要求除了兼容Qi 1.2.4/Qi 1.3來支持蘋果和三星手機外，對國產(chǎn)手機必須支持大功率快充的功能。 以上主要是從需求端來分析的，從技術端來看，首先工信部在2021 年2 月發(fā)布《無線充電(電力傳輸)設備無線電管理暫行規(guī)定(征求意見稿)》，該規(guī)定為國內(nèi)無線充電提供了技術標準，根據(jù)規(guī)定，目前我國手機無線充電最高功率為 50W。其次，國內(nèi)大功率無線快充技術日趨成熟，整個無線快充供應鏈生態(tài)也日趨完善。目前國內(nèi)的手機主要分為三大陣營：華為系、小米系和OPPO系。其中，易沖跟華為系深度綁定，伏達跟小米是戰(zhàn)略合作， 也就是說如果要對華為系手機進行無線快充，你要去找易沖尋求方案；如果要做小米系手機的無線快充，伏達是最優(yōu)的選擇。當然，無論是伏達還是易沖，他們都拿到OPPO 的私有協(xié)議，都可以對 OPPO 系手機提供快充方案。現(xiàn)在伏達和易沖都有進軍汽車領域，為汽車的 Tier1 提供無線快充的方案，所以無線快充在中國的汽車領域已經(jīng)成熟了。 Autosar 和功能安全 第二個技術趨勢是Autosar 和功能安全。AUTOSAR 是AUTomotive Open Systems ARchitecture的縮寫，核心成員由歐洲、美國等大型 OEM 和頭部Tier1 組成，包括大眾、寶馬、博世、大陸等。其意在定義一套標準的汽車電子軟件架構方案，以便應用于不同的平臺，提高軟件復用，降低開發(fā)成本。AUTOSAR 提倡的軟件分層、模塊化、接口的標準化，有利于降低軟件的移植成本，提高軟件的復用度，方便項目的更新迭代。目前國內(nèi)的整車廠絕大部分已經(jīng)開始按照Autosar 的構架來開發(fā)整車的軟件，一些核心的零部件也需要遵循 Autosar 的要求，所以車載無線充電模塊將來也極有可能需要滿足 autosar 構架。當然了，如果無線充電模塊支持完整的autosar 構架會增加系統(tǒng)的成本，尤其是對主控 MCU 的flash 開銷會大幅增加，所以很多 Tier1 可能會采用一個折中的方案也就是先支持部分的 Autosar, 比如CAN 的通信部分軟件先按照 Autosar 的標準來。 AUTOSAR 還是一個符合 ISO26262 功能安全標準的軟件架構，最近幾年功能安全的呼聲也越來越高了。如圖二， 在電動汽車里，BMS 需要滿足ASIL-D 等級要求，headlight 需要滿足ASIL-B的功能安全等級需求。無線充電模塊跟行車的安全關系不大，所以對功能安全的要求應該不會太高，基本上ASIL-A/B就應該可以滿足整車廠的要求。跟 AUTOSAR 一樣，如果無線充電模塊需要滿足相應的功能安全等級要求，對系統(tǒng)成本，人力資源也會提出了不少額外的要求。由于現(xiàn)在國內(nèi)的Tier1s 相當部分都是面向全球的車企，所以對于功能安全的支持通常是國外的項目會首先要求支持，然后過渡到國內(nèi)的一些合資車廠（如上海大眾等），最后才會是本土的車廠。
數(shù)據(jù)來源：www.synopsys.com 圖二 NFC NFC 全稱為Near Field Communication，是一種近場無線通訊技術，使用該技術的設備可以在彼此靠近的情況下進行數(shù)據(jù)交換。目前市面上的車載無線充電模塊除了極個別的高端車型外，其余的基本不帶NFC 功能，但是這一局面很快就要改變。最初增加 NFC 功能的原因是為了防止無線充電產(chǎn)生的充電磁場損壞你帶有 NFC/RFID 功能的卡（比如銀行卡、公交卡或者門禁卡等），但由于增加了NFC 功能，導致客戶在軟硬件上又增加了額外的成本，所以很多車廠在作了一番利弊權衡 后，基本上都去掉了 NFC。但是隨著越來越多的智能手機增加了 NFC 功能后，集成了NFC功能的無線充電模塊就會增加了 NFC 的應用范圍，從而獲得整車廠的青睞。NFC 感應功能可以用于手機與車機互聯(lián)時進行用戶認證，還允許鎖定/解鎖車門并啟動發(fā)動機，當然NFC 還可以完成座椅、車內(nèi)氛圍燈調(diào)節(jié)、后視鏡位置的個性化設置，極大地提升了用戶體驗。 最后，雙充或者多充也將成為將來的一個趨勢，目前 Tesla Model 3 已經(jīng)支持雙手機無線充電，可以預測國內(nèi)的車廠應該很快也會跟進，無線雙充／多充將會勢不可擋。 以上所述的技術趨勢對無線充電的方案提出了許多新的要求。 首先是大功率，tier1s 需要從手機廠拿到支持大功率充電的私有協(xié)議，然后把這個私有協(xié)議增加到現(xiàn)有的無線充電代碼中去，這就要求所選的方案能夠開放源碼；其次關于功能安全和 Autosar，要求無線充電方案中主控MCU/DSC能夠提供支持功能安全（ISO26262）的開發(fā)包，具體包括主控芯片的安全手冊，F(xiàn)MEDA報告和功能安全診斷性代碼庫；該芯片還必須支持 AUTOSAR, 可提供MCAL 驅動庫，并且能夠提供512k~1M Flash 空間。而對于NFC 的支持，客戶除了在硬件上增加 NFC 芯片外，還需要在軟件上增加 NFC 的協(xié)議代碼。最后針對雙充或者多充，需要主控芯片具有強大的CPU 性能和外設功能，同時能夠支持多個任務的實時處理，有些場合單核芯片可能滿足不了，需要雙核的芯片才能應對。 美國微芯科技（Microchip）的dsPIC33C 系列數(shù)字信號控制器（DSC）能夠很好地滿足車載Qi 無線充電應用的挑戰(zhàn)。它提供 100 MIPS 支持DSP 運算的CPU，CAN/CAN-FD 模塊, 280 ns 的高速ADC，250 ps 的數(shù)字電源專用PWM 模塊和15 ns 的片上高速模擬比較器以及 12bit DAC, 完全滿足了無線充電對主控MCU 的需求，Microchip 可以提供開源的無線充電方案， 客戶可以自行加入無線快充的私有協(xié)議來支持大功率充電，還可以加入 NFC軟件協(xié)議來支持NFC 功能；dsPIC33C 系列芯片最大Flash 容量可達1 MB，可提供兼容ASIL B/ASPICE L1 的MCAL 驅動庫來支持Autosar 的開發(fā);該系列還提供單核（CK）和雙核（CH）的產(chǎn)品，以滿足客戶開發(fā)無線雙充或多充的需求；最后dsPIC33C系列芯片可以提供完整的功能安全（ISO26262）開發(fā)包, 包括安全手冊，F(xiàn)MEDA 報告，TUV認證過的ASIL-B/C 診斷性代碼庫和功能安全開發(fā)的應用筆記等來支持客戶的功能安全開發(fā)。 車載無線充電的另一個挑戰(zhàn)是Qi 1.3 認證，客戶通常需要花費 3-6 個月的時間來完成認證。為了幫助客戶降低開發(fā)成本，減少設計風險和縮短開發(fā)時間，Microchip 在之前推出的15W兼容Qi v1.2.4 規(guī)格的無線充電參考方案后，今年又推出了兼容最新Qi v1.3 標準的15W無線充電發(fā)送端參考設計，如圖三所示。
圖三 Microchip最新兼容Qi 1.3 標準的15W 多線圈無線充電發(fā)射端參考設計采用上述的dsPIC33C系列的數(shù)字信號控制器（DSC）為主控芯片，該 DSC 靈活的軟件架構可以支持可靠的異物檢測（FOD），并能使你的設計成為一個高效的解決方案，支持專有的快速充電和加密認證，以滿足Qi 1.3標準。在適當?shù)臈l款和條件下，Microchip 可為您提供設計文件和軟件源代碼，以方便你設計時無縫連接，縮短開發(fā)周期。 該方案的主控是dsPIC33C系列數(shù)字信號控制器, 該芯片的特點以及在本設計中的主要功能如下： 100 MIPS CPU 性能，F(xiàn)lash 容量從32K ~1 MB 可以提供單核（dsPIC33CK）和雙核（dsPIC33CH）的選擇 支持CAN/CAN-FD, 可以最多提供雙路CAN-FD 軟件支持Qi 1.2.4或 Qi 1.3 協(xié)議 軟件可支持四開關buck/boost、CAN 通訊和加密認證等等 采用MPA13 拓撲構架來提升EMC/EMI 的性能 軟件方式實現(xiàn)數(shù)字解調(diào)來降低系統(tǒng)BOM 芯片通過AEC Q100 認證 支持兼容功能安全ISO26262 ASIL B/C 等級,提供功能安全開發(fā)包 支持AUTOSAR,可提供兼容ASIL B/ASPICE L1 的 MCAL 驅動庫 這款設計采用了很多Microchip的器件，包括dsPIC33CK256MP506 主控芯片、ATECC608／TA100 安全芯片，ATA6563 CAN 收發(fā)器以及其他一些MOSFET 驅動芯片MIC4605/MCP14700 等等，Microchip 正在大力推廣15W Qi 無線充電的完整系統(tǒng)解決方案，如果你對Microchip 的無線充電方案感興趣，還可以訪問以下網(wǎng)址： https://www.microchip.com/en-us/ ... ersion/intelligent- power/wireless-power |
