田建文

摘 要：本文主要介紹了無線充電標(biāo)準(zhǔn)中的Qi標(biāo)準(zhǔn)的原理以及流程，以及基于IDT芯片的車載手機(jī)無線充電方案的工作原理和功能介紹。

關(guān)鍵詞：無線充電標(biāo)準(zhǔn);Qi標(biāo)準(zhǔn);車載手機(jī)無線充電模塊

引 言

隨著智能手機(jī)無線充電標(biāo)準(zhǔn)（Qi）的制定，無線充電功能越來越成為手機(jī)的標(biāo)配，無線充電器的需求也隨之增加。汽車做為現(xiàn)代人工作和生活最主要的出行方式，也逐漸的配備了車載無線充電模塊。車載無線充電技術(shù)為人們提供了在車內(nèi)充電區(qū)域隨手放置手機(jī)就可以充電的便捷體驗(yàn)，同時也解決了傳統(tǒng)充電方式中接線插線不方便以及忘帶充電線等問題。

1.無線充電標(biāo)準(zhǔn)

1.1 Qi標(biāo)準(zhǔn)。Qi標(biāo)準(zhǔn)是全球首個推動無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織-無線充電聯(lián)盟（WPC，2008年成立）推出的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，其采用了目前最為主流的電磁感應(yīng)技術(shù)，電磁波頻率在100-205kHz之間，具備兼容性以及通用性兩大特點(diǎn)。產(chǎn)品小巧且豐富，只要是擁有Qi標(biāo)識的產(chǎn)品，都可以用Qi無線充電器充電，目前有用一百多種商業(yè)應(yīng)用。缺點(diǎn)是空間自由度小，有效充電距離現(xiàn)階段最大只有幾厘米。

1.2 PMA標(biāo)準(zhǔn)。電力事業(yè)聯(lián)盟（PMA，2012年成立）致力于為符合IEEE協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備，打造無線供電標(biāo)準(zhǔn)，在無線充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導(dǎo)地位。PMA也是采用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)無線充電。它的電磁波頻率在277-357kHz之間，功率比Qi要大些。目前已經(jīng)有AT&T、Google、星巴克、Duracell Powermat等超過100個成員加盟了PMA聯(lián)盟。缺點(diǎn)也是空間自由度小，有 效充電距離現(xiàn)階段最大只有幾厘米。

1.3A4WP標(biāo)準(zhǔn)。無線電力聯(lián)盟（Alliance for Wireless Power標(biāo)準(zhǔn)，2012年推出）目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對話機(jī)制。A4WP采用電磁共振原理來實(shí)現(xiàn)無線充電。它的電磁波頻率在6.78MHz，利用磁場諧振效果實(shí)現(xiàn)無線充電，特點(diǎn)是支持大功率、遠(yuǎn)距離無線充電，但傳輸效率沒有電磁感應(yīng)式的高。

2. Qi標(biāo)準(zhǔn)無線供電原理及充電流程

2.1 Qi標(biāo)準(zhǔn)無線充電原理。Qi標(biāo)準(zhǔn)最為常見的充電解決方案就采用了電磁感應(yīng)原理，類似于變壓器。在輸出和接收端各有一個線圈，輸出端線圈連接有線電源產(chǎn)生電磁信號，接收端線圈感應(yīng)輸出端的電磁信號從而產(chǎn)生電流，從而將能量從輸出端轉(zhuǎn)移到接收端。Qi標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無線充電輸出端與電能接收端之間的功率傳輸和通信協(xié)議，可以對無線充電器的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的傳輸效率。

（1）輸出端：直流電源輸入變頻器裝置切換電力的開關(guān)發(fā)射的線圈與電容諧振組合（2）接收端：接收的線圈與電容諧振組合整流器濾波與穩(wěn)壓器直流電源輸出。

2.2無線充電通信流程：（1）檢測階段：識別可供電設(shè)備及異物（FOD）當(dāng)接收器放置在發(fā)射器工作范圍內(nèi)，發(fā)射器檢測是否是一個接收器靠近。（2）通訊階段：進(jìn)行身份認(rèn)證發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且為接收器供電啟動接收器，之后接收器回復(fù)響應(yīng)數(shù)據(jù)完成身份的認(rèn)證（3）充電階段：進(jìn)行電能傳輸在身份認(rèn)證后，發(fā)射器根據(jù)接收器的設(shè)備類型，選擇相應(yīng)的功率等參數(shù)，為接收器充電。

3. Qi標(biāo)準(zhǔn)車載無線充電方案

3.1無線充電方案：（1）SOC芯片+MOS管。該方案中SOC 芯片內(nèi)部集成了無線充電驅(qū)動、H橋驅(qū)動器、運(yùn)放、內(nèi)置溫度保護(hù)功能等。配合MOS管外掛等元件組成一個充電方案。（2）MCU主控+功率全橋方案。該方案中MCU把外掛、驅(qū)動、MOS管及解碼集合到一起。（3）全集成SOC。該方案把主控、驅(qū)動、解碼、MOS全部集合到一起，使得外圍器件更加精簡。

3.2? IDT無線充電解決方案原理。IDT公司的無線充電技術(shù)解決方案具備高集成度，提供單芯片SOC解決方案，支持Qi WPC認(rèn)證，并且兼容POWERMATE模式;具有加密通訊（FSK、ASK實(shí)現(xiàn)），異物檢測模式功能。IDT目前是英特爾整個平臺無線充電技術(shù)唯一的合作伙伴?，F(xiàn)已有多家廠商使用IDT無線充電解決方案。IDT的無線充放電IC在無線充電效率在15W時最高可達(dá)87%，提高了系統(tǒng)的熱性能，可以媲美傳統(tǒng)的有線充電架構(gòu)。其內(nèi)部處理器基于32位ARM Cortex-M0架構(gòu)，通過I2C通訊控制，并且提供了擴(kuò)展的數(shù)字IO引腳以及相關(guān)軟件庫。

3.3基于IDT SOC芯片的前裝車載手機(jī)無線充電模塊。（1）車載前裝模塊要求。作為汽車原廠匹配的無線充電模塊要求具備基礎(chǔ)的無線充認(rèn)證、滿足嚴(yán)苛的車規(guī)級硬件標(biāo)準(zhǔn)，解決電磁兼容、安全問題，對工作溫度范圍、防水防塵等也有一定的等級要求。（2）模塊布置位置介紹。布置在方便用戶操作的地方，一般位于中央儲物盒、扶手箱位置，手機(jī)放到充電裝置上即可充電或者高配車型后排中間扶手箱也配備充電模塊（3）IDT充電系統(tǒng)原理。采用IDT的P9260驅(qū)動芯片，符合Qi（WPC V1.2.3） 標(biāo)準(zhǔn)的15W功率傳輸。NXP的 NCJ3340驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)NFC的功能。該系統(tǒng)包含了輸入過濾保護(hù)電路，DCDC升壓電路，全橋高頻逆變電路，電容匹配諧振電路，通信信號調(diào)制電路，故障反饋檢測電路，IDT驅(qū)動電路，NFC驅(qū)動電路，風(fēng)扇驅(qū)動電路，GSM耦合電路，EMC保護(hù)電路，MCU和電源驅(qū)動電路組成部分，確保在車載情況下無線充電過程更加安全高效。（4）主要功能。1）手機(jī)虛擬鑰匙的功能。當(dāng)手機(jī)貼近駕駛測車門時，利用方案中的外部NFC天線與手機(jī)進(jìn)行NFC通信，將解鎖信號傳遞給CPU，CPU再將信息傳遞給BCM等車身控制模塊進(jìn)行解鎖功能。進(jìn)入車內(nèi)后將手機(jī)放置在充電模塊上后，利用模塊內(nèi)置NFC天線與手機(jī)進(jìn)行NFC通信，可以啟動汽車發(fā)動機(jī)。2）個性化設(shè)置功能。利用NFC功能作為藍(lán)牙/WiFi驗(yàn)證的方式，讓用戶免去配對的繁瑣，直接通過接觸實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙WiFi連接;手機(jī)利用模塊NFC功能與車身控制模塊通信，可以調(diào)節(jié)空調(diào)/座椅/后視鏡/儀表盤等個性化設(shè)置。3）無線充電。車輛解鎖進(jìn)入車內(nèi)后，充電模塊會檢測是否有待充電的手機(jī)放置在充電區(qū)域，一旦檢測到待充電的手機(jī)，模塊會根據(jù)握手協(xié)議進(jìn)行充電。4）系統(tǒng)故障診斷與保護(hù)。該系統(tǒng)具備故障自診斷和故障處理功能。具備過溫/過壓/欠壓/過流/異物檢測/反接保護(hù)。

4.結(jié)束語

Qi標(biāo)準(zhǔn)車載手機(jī)無線充電系統(tǒng)作為一種絕佳的無線充電應(yīng)用場景，能夠在無需頻繁插拔充電線的條件下，滿足用戶在駕駛車輛過程中對手機(jī)進(jìn)行充電，是增加行車安全，改善車內(nèi)手機(jī)使用和充電體驗(yàn)的一大利器。

參考文獻(xiàn)

[1] ISO 15765-1： 2011， 道路車輛基于控制器局域網(wǎng)的診斷通信（DoCAN）第1部分：一般信息和用例定義[S].

[2] System Description Wireless Power Transfer： Volume I： Low Power，Wireless Power Consortium[Z]，2011.