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瞄準(zhǔn)可穿戴市場的NFC無線充電芯片

海明觀察 ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:李誠 ? 2021-12-02 09:43 ? 次閱讀
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李誠)無線充電技術(shù)因?yàn)檩敵龉β市。?a target="_blank">手機(jī)領(lǐng)域一直被消費(fèi)者所詬病,但非常適用于小型化的可穿戴設(shè)備。可穿戴設(shè)備與手機(jī)相比電池的容量更小,即便充電功率較低,電池也能在短時(shí)間內(nèi)充滿,同時(shí)還提高可穿戴設(shè)備的便利性,因此應(yīng)用于可穿戴設(shè)備中更容易被接受。

如今可穿戴市場現(xiàn)已初見規(guī)模,據(jù)IDC發(fā)布數(shù)據(jù)顯示,在受到疫情的影響下,2020年全球可穿戴設(shè)備出貨量達(dá)到了4.447億臺,較2019年的3.37億臺增長了32%,可穿戴市場呈逐年快速上漲的態(tài)勢,也驅(qū)動(dòng)了無線充電在可穿戴領(lǐng)域的發(fā)展。
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圖源:Panthronics

去年5月,NFC標(biāo)準(zhǔn)官方組織批準(zhǔn)并通過了無線充電規(guī)范WLC,WLC是利用 NFC 通信鏈路來控制功率傳輸,傳輸最大功率不超過1W。低功率的NFC無線充電技術(shù)主要應(yīng)用于可穿戴設(shè)備領(lǐng)域,由于可穿戴設(shè)備的體積較小,設(shè)備內(nèi)部的可用空間有限,傳統(tǒng)的Qi無線充電的天線較大,很難安裝在可穿戴設(shè)備上。通過NFC充電的方式可以減少單獨(dú)的無線充電組件的需求,降低天線在設(shè)備內(nèi)部的占用面積,對于可穿戴設(shè)備來說是個(gè)不錯(cuò)的無線充電解決方案。

藍(lán)碧石科技1W NFC無線充電供電芯片組

11月25日,ROHM旗下公司藍(lán)碧石科技推出了一組基于NFC的1W無線充電芯片。該芯片組主要應(yīng)用于體積小巧的可穿戴應(yīng)用中。

圖源:藍(lán)碧石科技

該芯片組由發(fā)射端ML7661芯片和接收端ML7660芯片構(gòu)成,工作頻率在13.56MHz頻段,充電功率為1W。該芯片在設(shè)計(jì)時(shí),就已將電能傳輸電路與接收控制電路融合在芯片中,并且無需外置MCU即可實(shí)現(xiàn)無線充電,有利于推進(jìn)小型化可穿戴設(shè)備的發(fā)展。

有線2.5W和13.56MHz無線供電1W無線充電對比 圖源:藍(lán)碧石科技

上圖為有線和無線充電速度的對比,通過觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)電池容量為200mAh時(shí),使用ML7660/ML7661芯片組無線充電與2.5W有線充電的時(shí)間,都能控制在一個(gè)小時(shí)以內(nèi)。若該芯片組應(yīng)用于電池容量較小的設(shè)備中,無線充電與有線充電時(shí)間的差別在可接受范圍內(nèi)。

天線尺寸對比 圖源:藍(lán)碧石科技

由于該芯片無線充電頻段較高,天線的尺寸僅為8*8mm與應(yīng)用于手機(jī)的Qi無線充電的20*50的天線相比,尺寸可降低83%。與分立結(jié)構(gòu)的10*10mm天線相比,尺寸減小了36%。藍(lán)碧石科技表示該芯片組是針對于小型化可穿戴設(shè)備領(lǐng)域開發(fā)的,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)不僅僅只是縮小天線的尺寸,還減少了元器件的使用數(shù)量。該芯片組無需外置MCU,只需保證正常供電即可實(shí)現(xiàn)供電控制,同時(shí)芯片還增設(shè)了SPI接口,擁有SPI接口的數(shù)字傳感器可直接與芯片相連實(shí)現(xiàn)MCU的控制。由于該無線接收系統(tǒng)無需外置MCU,并且天線的尺寸減小與Qi電力接收系統(tǒng)的面積相比降低了65%。

據(jù)藍(lán)碧石科技官方介紹,由于該芯片組是基于NFC進(jìn)行研發(fā)的,所以該芯片組不僅可以進(jìn)行無線充電,還具有近場通信的功能。應(yīng)用在工作狀態(tài)為旋轉(zhuǎn)的設(shè)備中,可同時(shí)進(jìn)行供電和通信,并對旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測。

總的來說該解決方案的系統(tǒng)尺寸僅有230mm2,非常適用于小型化的可穿戴設(shè)備中。

Panthronics1W NFC無線充電解決方案

此前,Panthronics推出了一款PTX100W NFC無線充電芯片,該芯片同時(shí)具備無線充電和NFC無線通信兩種功能,主要應(yīng)用于TWS藍(lán)牙耳機(jī)、智能手表、智能眼鏡等可穿戴設(shè)備中,為可穿戴設(shè)備提供更靈活的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

PTX100W內(nèi)置了正弦驅(qū)動(dòng)器,當(dāng)PTX100W作為無線充電發(fā)射器使用時(shí),由于正弦輸出的結(jié)構(gòu),無需配置EMC濾波器即可與低阻抗的天線搭配使用增大發(fā)射器的輸出功率,最高支持2.5W的功率輸出。通過減少EMC濾波器和其他組件的使用,可大幅減少電路板的使用面積,降低無線充電發(fā)射器的成本和尺寸,精簡了電路設(shè)計(jì),非常有利于可穿戴設(shè)備的發(fā)展。當(dāng)PTX100W作為無線充電接收器使用時(shí),可進(jìn)行1W的功率接收,在接收電力的同時(shí)還可以完成帶內(nèi)通信。

TWS藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)用及充電效率 圖源:Panthronics

上圖為應(yīng)用在TWS藍(lán)牙耳機(jī)的實(shí)例,經(jīng)測量無論是輸出端的體現(xiàn)還是接收端的天線面積都控制在了50mm2左右,小尺寸的天線為可穿戴設(shè)備提供了較高的靈活性。通過測試發(fā)現(xiàn),基于PTX100W芯片的電力無線傳輸距離最遠(yuǎn)為5mm,兩個(gè)天線間隔距離在0~2mm時(shí),充電效率達(dá)到最大。

結(jié)語

NFC充電可以說是Qi無線充電的補(bǔ)充,但NFC充電與傳統(tǒng)的無線充電方性能略有不同,在NFC充電模式下,即使在發(fā)射天線與接收天線出現(xiàn)錯(cuò)位的情況,對功率傳輸效率的影響也不大,從而將兩個(gè)設(shè)備之間的功率傳輸能力增至最大化。

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