隨著智能電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們對其依賴性越來越高。然而雜亂的充電線時常會讓消費者感到頭疼，頻繁插拔線材也會對接口造成一定損傷。于是，越來越多的電子設備開始采用無線充電的方式充電，車載無線充電發(fā)射機也顯得越來越必不可少。

作為領先的無線充電整體方案核心供應商，NXP在充分理解不同客戶需求的基礎上，提供了多種性能優(yōu)化的車載無線充電解決方案，致力于為用戶提供更好的無線充電體驗。

下面以NXP車載15W的無線充電方案WCT-15WAUTO13為例，讓我們一起來看一看NXP車載無線充電的一站式無線充電解決方案。

無線充電解決方案

NXP WCT-15WAUTO13是基于NXP車規(guī)級無線充電發(fā)射控制器MWCT2013AVLH，專為汽車無線充電應用設計的15W多線圈發(fā)射機。MWCT2013AVLH集成了無線充電“Qi”協(xié)議的所有功能，同時考慮到了車輛復雜的運行環(huán)境，做了針對性的優(yōu)化處理，以實現(xiàn)安全高效的無線充電功率傳輸，提供了高性能的無線充電系統(tǒng)。

首先來看看15W多線圈發(fā)射機WCT-15WAUTO13，如圖所示:

圖1 參考組件

系統(tǒng)組成

WCT-15WAUTO13外表看上去很樸實，內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻是很豐富的。下面通過系統(tǒng)框圖介紹一下NXP 15W多線圈發(fā)射機系統(tǒng)的組成部分。

圖2 系統(tǒng)框圖

整個系統(tǒng)大致可以分為檢測、功率調(diào)節(jié)和傳輸、充電控制這幾個部分。

圖3 汽車無線充電器WCT-15WAUTO13的案例電路板

圖中標注出了通信、充電控制、檢測、功率調(diào)節(jié)和傳輸?shù)炔糠帧Ｔ贛P-A13拓撲中，由于PI 濾波器，有更好的EMC性能，可在車載環(huán)境大功率無線充電場景中發(fā)揮更大效能。

對整個無線充電裝置有了大致的了解之后，我們再來看看NXP多線圈發(fā)射機都有哪些優(yōu)秀的特性。

符合無線充電聯(lián)盟WPC Qi V2.0版本規(guī)范

MP-A13拓撲，優(yōu)化的EMC表現(xiàn)

支持多線圈（最多10線圈），增大有效充電面積

支持電壓調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)等不同調(diào)節(jié)方式

支持Qi擴展功率配置接收機，輸出功率15W，支持根據(jù)客戶定制更高輸出功率

優(yōu)化的信號解調(diào)和異物檢測

友好的FreeMASTER GUI工具，便于客戶調(diào)試以及測試

到這里并沒有結(jié)束哦，我們再來介紹一下板載芯片究竟是何方神圣。

NXP第二代無線充電發(fā)射機模擬集成電路進行了外設更新和功耗優(yōu)化。MWCT2013A提供完整的控制器功能，在汽車環(huán)境中實現(xiàn)無線充電，認證最新WPC Qi V2.0以及未來具有新特性的所有版本規(guī)范。為了最大限度地提高設計自由度和產(chǎn)品差異化，該系列支持在汽車功率變換器設計中使用固定運行頻率控制方法，如軌電壓控制、移相控制或占空比控制。具有以下特性：

符合最新版本W(wǎng)PC Qi V2.0版本規(guī)范

支持發(fā)射機寬直流輸入電壓范圍5V ~ 48V

集成數(shù)字解調(diào)

系統(tǒng)支持超低功耗待機模式

優(yōu)化充電區(qū)域，靈活的線圈數(shù)量，避免每個通道的盲點

支持運行頻率抖動技術(shù)，消除AM波段干擾，改善EMC

CAN-FD / I2C / SCI / SPI接口

過電壓/電流/溫度保護

符合AEC-Q100，PPAP

系統(tǒng)軟件與功能

在軟件方面，NXP車載多線圈無線充電解決方案提供完備的軟件庫，在芯片及相關(guān)的硬件的基礎上，高效安全地實現(xiàn)整個無線充電過程。下面將對軟件進行總體說明，并對于其中的部分模塊和工具進行介紹。

無線充電軟件架構(gòu)

圖4 WCT庫軟件層

WCT庫以二進制格式提供，而應用程序和電路板支持包（BSP）則以源格式提供，

WCT庫中的主要模塊包括：

?WCT狀態(tài)機

?接收器檢測與喚醒

?線圈選擇

?Qi通訊模塊

?PID功率傳輸控制

?基于功率損耗和Q值的異物檢測

?快速接收端移除檢測

WCT庫API和WCT硬件抽象層（HAL）API以源格式公開，主要功能如下，

?庫版本檢索

?庫初始化

?庫主錄入功能

?諸如Qi通訊中的回調(diào)函數(shù)

?線圈相關(guān)的HAL

?電壓、電流感應HAL

?啟用/禁用中斷HAL

快充支持

可根據(jù)客戶定制化要求支持更高的傳輸功率，完美支持市面上多種型號手機，功率傳輸可以達到40W~50W，支持通過協(xié)議握手，使手機進入快充模式，傳輸實例如圖所示。

為了保證系統(tǒng)安全運行，防止金屬性質(zhì)的異物位于無線充電作用范圍內(nèi)導致高溫損壞設備，NXP無線充電解決方案提供優(yōu)化的異物檢測功能。這是怎樣實現(xiàn)的呢，我們再來補充介紹一下。

異物檢測

目前在無線充電過程中，有三個階段的異物檢測FOD(Foreign Object Detection)，分別應用了兩種異物檢測方法。

Qi協(xié)議將無線充電過程劃分為了四個階段，分別是Ping，Configuration，Negotiation，Power Transfer階段，起到外物檢測、身份確認、協(xié)議建立、功率傳輸?shù)淖饔茫l(fā)射機有BPP(Basic Power Profile)、EPP(Extended Power Profile)兩種類型。EPP類型具有由發(fā)射機向接收器的交流、Authentication等擴展協(xié)議中的功能，而BPP類型不具有Negotiation階段，因此沒有這些功能。

Pre-FOD發(fā)生在Ping階段輔助外物檢測，通過Q值檢測的方式，確認當前在無線充電作用域內(nèi)是否有金屬等異物，避免異物被加熱升溫損壞設備。

Pre-powertransfer FOD在Negotiation階段，通過Q值檢測的方式，將通過接收器發(fā)送的信息對FOD相關(guān)的數(shù)據(jù)進行進一步的校準，達成更好的異物檢測效果。

在啟動向接收器的功率傳輸之前，發(fā)射機可以使用多種方法來檢測異物。一種方法是分析其儲能電路的Q值和諧振頻率的變化，即Q值檢測的方式。發(fā)射機線圈環(huán)境中的金屬異物通常會導致其電感減小或其等效串聯(lián)電阻增加。這兩種效應都會導致發(fā)射機諧振回路的Q值降低。同時，發(fā)射機諧振回路的諧振頻率也相應增加。接收器應發(fā)送包含參考Q值和參考諧振頻率的數(shù)據(jù)包供發(fā)射機比較并確定異物是否存在。

自由諧振Q值檢測是通過檢測諧振信號的衰減率，Q值的檢測信號如圖6所示。為了得到系統(tǒng)的Q值，注入適當能量使LC振蕩回路起振，采集諧振電壓（或線圈電流）的ADC數(shù)據(jù)，可以得到信號的衰減曲線，從而可以計算得到衰減率。以圖7所示為例，當需要采集Q值時，會使能PWM產(chǎn)生脈沖，從而在紅色虛線圈，即串聯(lián)諧振電容Cser、并聯(lián)諧振電容Cpar和線圈Lp所在的回路，產(chǎn)生自由振蕩，得到線圈的Q值。

由于其設計與參考線圈組件的設計不同，發(fā)射機需要將測量的Q值和諧振頻率轉(zhuǎn)換為參考線圈組件的Q值和諧振頻率，NXP提供了轉(zhuǎn)換方法，即自動校準功能。刷新軟件后第一次上電時，發(fā)射機會進行自動校準并獲取參數(shù)，然后將這些參數(shù)寫入Flash。

圖6 諧振信號示意圖

圖7 Q值檢測示意圖

圖8 Q值閾值示例

In-power transferFOD發(fā)生在功率傳輸?shù)倪^程中，如果存在異物，會導致功率損耗會相應增加，可以基于功率損耗方法檢測異物。

功率損耗定義為發(fā)射功率PPT和接收功率PPR之間的差值，即PLOSS=PPT-PPR，可以理解為異物的功率吸收，如圖9所示。

功率損耗基線的方程式為PLOSS=PPT-PPR。發(fā)射功率PPT表示由于發(fā)射機的磁場而離開發(fā)射機的功率，PPT=Pin-PPTloss，其中Pin表示發(fā)射機的輸入功率，可以通過采樣輸入電壓和輸入電流來測量。PPTloss是發(fā)射機內(nèi)部耗散的功率，可以通過線圈電流來估計。接收功率PPR表示由于發(fā)射機的磁場而在接收器內(nèi)耗散的功率量，并且PPR＝Pout+PPRloss。功率Pout由接收器的輸出端提供，PPRloss是接收器內(nèi)部損失的功率。

當NXP WCT-15WAUTO13向BPP接收器充電時，將應用功率損耗基線。發(fā)射機連續(xù)監(jiān)測PLOSS，如果它多次超過閾值，則發(fā)射機終止功率傳輸。如果是EPP接收器，將首先測量Q值和諧振頻率，以檢測是否存在異物。如果存在，發(fā)射機將向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)包告知異物可能存在于充電作用區(qū)域中，并通過發(fā)送用于特定數(shù)據(jù)包等待接收器在BPP模式下工作。如果不存在異物，發(fā)射機可以在功率傳輸階段進行在線校準，利用功率損耗來檢測在功率傳輸期間是否出現(xiàn)了異物。

圖9 功率損耗說明

FreeMASTER GUI TOOL

除了無線充電發(fā)射機本身，NXP還提供了配套的圖形界面開發(fā)與測試工具及軟件，方便用戶調(diào)試與開發(fā)。下面就來具體介紹一下。

FreeMASTER是一種用戶友好型實時調(diào)試監(jiān)視器和數(shù)據(jù)可視化工具。FreeMASTER支持對正在運行的系統(tǒng)上進行非侵入式變量監(jiān)視，允許以圖形表示和準確數(shù)值等方式實時監(jiān)控變量數(shù)據(jù)及其變化，并支持從軟件界面中直接修改相關(guān)的變量供調(diào)試。為方便用戶調(diào)試相關(guān)參數(shù)，NXP無線充電解決方案提供設置完好的FreeMASTER。除了基本面板顯示，還提供了詳盡的參數(shù)顯示及其變化，供用戶觀察。

圖10 FreeMASTER狀態(tài)顯示

圖11 FreeMASTER運行狀態(tài)顯示

圖12 FreeMASTER參數(shù)顯示

小結(jié)

NXP 15W多線圈發(fā)射機WCT-15WAUTO13用于基于NXPMWCT2xx3A控制器IC系列的車載無線充電應用。系統(tǒng)支持40W功率傳輸，滿足所有定制的快速充電要求。該平臺使用汽車級組件和其他重要的汽車功能，包括EMC優(yōu)化、安全功能和具有靈活應用程序的MISRA C合規(guī)軟件，以確保系統(tǒng)可以無縫集成。

除此之外，另有多種使用不同芯片、支持不同平臺的解決方案，可為不同客戶定制不同的特性。歡迎大家深入了解和使用NXP車載無線充電解決方案。

審核編輯：湯梓紅