芯洲科技解决方案——无线充电Qi2.0PMIC方案,稳定高效

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随着WPC Qi2.0的发布,Qi2.0认证让众多无线充方案商及相关产业为之牵挂,Qi2.0的发布也为无线充注入新鲜的血液和生机,带来无数的机遇与挑战。无线充的便捷与安全正在被用户们认可,市场对无线充的需求也越来越旺盛。

1.方案原理及发展情况

什么是无线充?

无线充电简单来说就是不需要借助于电导线的装置,利用电磁感应原理、电磁波共振原理或者其它将磁场作为传送功率桥梁的技术,在发送端和接收端两个地方采取相应的装置来对产生的交流信号进行发送和接收进而完成充电的一项技术。

手机无线充采用的的是磁感应式:初级线圈产生一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输转化到接收端。

图1 无线充原理图 摘自百度百科

什么是Qi2.0?

只要任意数码设备上有Qi的标识,意味着都可以用Qi无线充电器进行充电。Qi2.0是Qi的升级版,是WPC无线充电联盟制定的全新增强型无线充电标准。Qi2.0的充电功率由Qi1.3的7.5W提升到Qi2.0的15W,同时对现有的BPP和EPP协议进行优化,形成全新的MPP协议使其拥有更好的兼容性和更高的充电效率。

得益于Qi2.0的发布,无线充充电功率有了大幅提高,发射端的输入电压最大可以到19V以减小电流降低线圈上的损耗,提高效率,这就对发射端的IC耐压有了≥19V的要求。

2.高性能PMIC解决方案

下图是芯洲科技基于MPP的发射端方案,适配器提供9V的电压,通过SCT12A2升压9.5-19V给全桥供电,通过鉴权IC的安全认证以及MCU和受电端的握手后,MCU控制全桥在线圈上产生交变的电流,使线圈上的磁场产生变化实现电磁转化,实现无线充电。

图3 MPP发射端方案框图

方案解析:

SCT12A2

升压IC,在Qi2.0的标准中最大充电功率为15W,为了提高效率,需要提高电压以减小电流,在Qi2.0的标准内最高电压可到19V,这就要求在适配器之后必须用一颗升压芯片对适配器的输出进行升压,给全桥供电。

SCT63240A

一路全桥在MCU的控制下在线圈上产生交变的电流,使线圈上的磁场产生变化实现电磁转化;一路LDO可以给MCU供电;还有一路Buck在多充的场合,可给小功率的无线充供电,例如手表无线充电。

鉴权IC

鉴权IC实际是安全芯片的一种,有防伪认证、通讯保护和保护数据安全性的作用,给大功率充电提供了安全保护,WPC发布的Qi2.0要求,要通过Qi2.0的认证就必须包含鉴权。

MCU

和受电端握,调控BOOST芯片的输出电压,通过控制占空比去调控全桥的输出功率,以适配受电端的充电需求。

3.芯洲科技产品介绍

PMIC方案— SCT63240A 

SCT63240A集成了全桥、LDO和BUCK为一体。全桥耐压20V,功率20W,集成一路3.3V/200mA的LDO和一路5V/1A的BUCK,不再需要额外的LDO给MCU供电,极大地简化TX原理图方案,使方案的成本和用料得到精简

VIN宽电压输入范围:4.2V-20V

PVIN宽电压输入范围:1V~20V

高达20W的输出功率

14.5mΩ Rdson功率MOSFET集成全桥功率级

集成高效5V-1A降压DC/DC转换器

针对EMI降低进行了优化

内置3.3V-200mA LDO

集成无损输入电流传感器,FOD和电流解调精度为±2%

3.3V和5V PWM信号逻辑兼容

输入欠压锁定

过电流保护

过温保护

3mm*4mm QFN-19L封装

BOOST方案— SCT12A2

SCT12A2是一颗升压IC,最高输出电压21V,开关电流15A,输出功率30W以上,完全符合Qi2.0的需求,可以驱动一颗P-MOSFET做负载开关,解决了BOOST IC不能完全关断的问题

宽输入电压范围:2.7V-20V

宽输出电压范围:4.5V-21V

全集成13mΩ 高边FET和11mΩ 低端FET

Vin=7.2V、Vout=15V和Iout=2A时效率高达96%

最高15A开关电流和可编程峰值电流限制

使用外部P沟道MOSFET的负载断开控制

典型关闭电流:1uA

可编程开关频率:200kHz-1.0MHz

频率调变模式

可编程软启动

输出过压保护

过温保护:150°C

提供DFN-20L 3.5mmx4.5mm包装

BOOST升级方案— SCT12A5

在MPP方案中,客户比较关注的两个点——效率和尺寸,SCT12A5都做了极大的优化:

1. 效率:输入9V输出17V,功率21W的条件下,效率达到了97%;

2. 尺寸:更小的封装尺寸,QFN3*4的尺寸对于空间要求更小。


宽电压输入范围:2.7V-20V

宽电压输出范围:4.5V-21V

全集成10mΩ高边FET和6.5mΩ低边FET

Vin=9V、Vout=18V和lout=1.3A时效率高达97%

高达21.5A的开关电流和可编程峰值限流器

典型关闭电流:1uA

静态电流:300uA

固定400KHz开关频率

轻负载条件下可选择PFM、USM和FPWM并行模式

可编程软启动

输出过压保护

过温保护:150°C

QFN-13 3mm x 4mm封装

责编: 爱集微
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