近年來(lái)無(wú)線充電技術(shù)快速發(fā)展，使得其被廣泛應(yīng)用到生活和汽車領(lǐng)域。在新上市的汽車中無(wú)線充電模塊幾乎成為了標(biāo)配。而伴隨著它的廣泛使用，也逐漸暴露了目前無(wú)線充電技術(shù)的一些不足。例如，手機(jī)放置位置的不同對(duì)充電性能影響較大，放置在邊緣時(shí)充電速度較慢等，這些都影響了用戶的體驗(yàn)。

為了更好地提高用戶的充電體驗(yàn)，WPC聯(lián)盟在2023年推出了最新的Qi2.0標(biāo)準(zhǔn)，加入了MPP (Magnetic PowerProfile) 磁吸無(wú)線充電技術(shù)，該技術(shù)使用磁吸定位，使得手機(jī)可以一直保持在最優(yōu)的充電位置，提高充電效率。

作為WPC聯(lián)盟核心成員和全球領(lǐng)先的無(wú)線充電方案供應(yīng)商，恩智浦推出了MPP磁吸無(wú)線充電方案，致力于為用戶提供更好的無(wú)線充電體驗(yàn)。

恩智浦的磁吸無(wú)線充電方案是基于MWCT2xx2A系列芯片開(kāi)發(fā)而成。MWCT2xx2A系列集成了無(wú)線充電“Qi2”協(xié)議的所有功能，它包含車規(guī)級(jí)和非車規(guī)級(jí)，可適用于各種場(chǎng)合的應(yīng)用。同時(shí)該系列中的MWCT20D2A和MWCT20D2集成了片上加密模塊，方便用于鑒權(quán)認(rèn)證，無(wú)需增加額外加密芯片，節(jié)約成本。

下面讓我們一起來(lái)看一看NXP磁吸無(wú)線充電的一站式解決方案。

系統(tǒng)介紹

01系統(tǒng)框圖

MPP TX系統(tǒng)框圖如下：

圖1:MPP系統(tǒng)框圖（Qi2.0規(guī)格書(shū)）

可以看出MPP系統(tǒng)的工作頻率有了較大變化，工作頻率擴(kuò)展到360kHz，恩智浦基于上述框圖結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了自己的15W磁吸方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖2：NXP方案系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)大致可以分為DC-DC輸入電壓控制，功率傳輸，DDM信號(hào)解調(diào)和采樣檢測(cè)保護(hù)這幾個(gè)部分。

02系統(tǒng)兼容性

恩智浦磁吸方案除了支持MPP，還兼容BPP，同時(shí)支持?jǐn)U展功率協(xié)議(EPP)。

圖3：各協(xié)議兼容性（Qi2.0規(guī)格書(shū)）

除了兼容不同的功率協(xié)議，恩智浦方案還支持不同的工作狀態(tài)，比如手機(jī)在帶殼的狀態(tài)下，會(huì)影響磁吸附力，導(dǎo)致放置手機(jī)略偏移最佳工作點(diǎn)。為此，恩智浦磁吸方案中還包含了基于系統(tǒng)耦合系數(shù)，去切換不同的諧振參數(shù)的算法，使得系統(tǒng)工作在當(dāng)前最優(yōu)狀態(tài)。

圖4：諧振電路開(kāi)關(guān)切換配置（Qi2.0規(guī)格書(shū)）

NXP方案有以下優(yōu)勢(shì)：

符合無(wú)線充電聯(lián)盟WPC Qi2版本規(guī)范

集成的基于K值的諧振電容切換邏輯

磁吸定位，始終保持線圈對(duì)齊，效率高

支持市面上符合Qi2標(biāo)準(zhǔn)的磁吸手機(jī)，充電功率高達(dá)15W，支持?jǐn)U展到更高功率等級(jí)

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

優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)解調(diào)和異物檢測(cè)

支持OVP，OCP，OTP等多功能保護(hù)，確保系統(tǒng)安全

友好的FreeMASTER GUI工具，便于客戶調(diào)試

系統(tǒng)軟件

在軟件方面，恩智浦磁吸無(wú)線充電解決方案提供完備的軟件庫(kù)，在芯片及相關(guān)的硬件的基礎(chǔ)上，高效安全地實(shí)現(xiàn)整個(gè)無(wú)線充電過(guò)程。下面將對(duì)軟件進(jìn)行總體說(shuō)明，并對(duì)于其中的部分模塊和工具進(jìn)行介紹。

01無(wú)線充電軟件庫(kù)架構(gòu)

軟件框架如下圖：

Application：外部應(yīng)用程序?qū)樱?/p>

WCT Library API：軟件庫(kù)的接口程序?qū)樱?/p>

Library：無(wú)線充電軟件庫(kù)函數(shù)，包括狀態(tài)機(jī)，協(xié)議控制，DDM算法等；

WCT Interface API/HAL: 應(yīng)用程序接口/硬件抽象層，客戶可在該層進(jìn)行參數(shù)配置等；

BSP（Board Service Package）：包含底層外設(shè)驅(qū)動(dòng)等。

圖5：NXP無(wú)線充電軟件庫(kù)框架

02MPP系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)流程

MPP系統(tǒng)支持兩種工作方式：

Restricted Mode：該模式支持5W功率等級(jí)，并且支持轉(zhuǎn)向Full mode。

Full Mode：支持雙向通訊并且可協(xié)商到更高功率等級(jí)。

03兩種模式的協(xié)議流程

MPP Restricted Mode

圖6：MPP RestrictedMode協(xié)議流程圖

（Qi2.0規(guī)格書(shū)）

恩智浦方案提供串口打印log功能，可以方便用戶查看整個(gè)系統(tǒng)的工作流程和狀態(tài)，MPPRestricted Mode實(shí)測(cè)線圈電流波形見(jiàn)下圖：

圖7：MPP RestrictedMode實(shí)測(cè)線圈電流

MPP Full Mode

Full Mode 相比較于restricted Mode多了協(xié)商階段（negotiation），可擴(kuò)展到更高的功率等級(jí)。

圖8：MPP Full Mode協(xié)議流程圖（Qi2.0規(guī)格書(shū)）

MPP Full Mode實(shí)測(cè)線圈電流波形見(jiàn)下圖：

圖9：MPP Full Mode實(shí)測(cè)線圈電流（128kHz）

圖10：MPP Full Mode實(shí)測(cè)線圈電流（360kHz）

更詳細(xì)的協(xié)議細(xì)節(jié)客戶可參考Qi最新的規(guī)格書(shū)。

無(wú)線充電策略

01幅值調(diào)制信號(hào)（ASK）數(shù)字解調(diào)

恩智浦方案針對(duì)RX發(fā)送過(guò)來(lái)ASK，采用數(shù)字解調(diào)（DDM）方式，硬件上僅需要RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)送至MCU，MCU中執(zhí)行DDM算法即可完成解調(diào)。該方案硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉，而軟件上恩智浦開(kāi)發(fā)了一套成熟的DDM算法，極大節(jié)約客戶開(kāi)發(fā)周期。 DDM硬件實(shí)現(xiàn)框圖如下：

圖11：DDM硬件電路框架

DDM實(shí)測(cè)的采樣波形如下：

圖12：DDM實(shí)測(cè)波形圖

02異物檢測(cè)

恩智浦方案根據(jù)充電階段的不同提供兩種常見(jiàn)的異物檢測(cè)方法。

一種是在充電傳輸前（Pre-power），通過(guò)檢測(cè)發(fā)射器線圈的Q值的變化來(lái)判斷，當(dāng)有異物在發(fā)射器上，會(huì)導(dǎo)致Q值的減小。硬件電路實(shí)現(xiàn)和DDM一樣，僅RC參數(shù)有變化。

圖13：Q值檢測(cè)硬件電路框架

Q值測(cè)試波形如下，通過(guò)計(jì)算波形的衰減率得到初始Q值，然后再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化得到標(biāo)準(zhǔn)Q值。NXP軟件庫(kù)中包含了完整的Q值檢測(cè)算法，除此之外，為了保證Q值的可靠性，NXP方案中同時(shí)還提供了Q值的溫度補(bǔ)償算法，為客戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供全面的技術(shù)支持。

圖14：Q值檢測(cè)實(shí)測(cè)波形

另一種是在充電傳輸過(guò)程（In-power），該方法稱為MPP PowerLoss Accounting（MPLA），是基于實(shí)際物理模型，通過(guò)雙向通訊將功率損耗計(jì)算參數(shù)帶入到模型進(jìn)行計(jì)算，和之前的EPP協(xié)議相比，省去了在線校準(zhǔn)階段。而模型中有一項(xiàng)電路損耗（Pcircuit loss）需要用戶自行估算，恩智浦提供了方便的FreeMASTER上位機(jī)工具，連接發(fā)射器就可以方便進(jìn)行損耗估算，最終得到的數(shù)據(jù)可直接寫(xiě)入芯片儲(chǔ)存。

圖15：FreeMASTER 電路損耗估算界面

Demo板展示

基于恩智浦方案的車載“MPP+EPP”的雙充的demo板，可通過(guò)一個(gè)控制器同時(shí)支持兩路Qi2.0的MPP和EPP無(wú)線充電。

圖16：NXP車載“MPP+EPP”雙充demo板

基于恩智浦方案的非車載MPP單充demo板，通用Type-C接口，支持MPP Qi2.0的協(xié)議和15W磁吸快充。

圖17：NXP非車載MPP單充demo板

本文小結(jié)

恩智浦磁吸無(wú)線充方案是基于恩智浦MWCT2xx2A控制器IC系列的無(wú)線充電應(yīng)用。系統(tǒng)集成了十分成熟的無(wú)線充電策略，可配置MPP 15W, EPP以及BPP各個(gè)功率等級(jí)的功率傳輸。

同時(shí)恩智浦和WPC聯(lián)盟也在共同測(cè)試和開(kāi)發(fā)MPP 25W高功率無(wú)線快充協(xié)議；而為適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的需求，恩智浦目前也在積極參加低頻MPP的技術(shù)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。

在無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域恩智浦一直走在前列，一直致力于推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展和提高未來(lái)用戶的使用體驗(yàn)。

除此之外，恩智浦還有多種不同無(wú)線充電系列芯片、支持不同平臺(tái)的解決方案，比如：non AutoSAR方案的WCT20D2A、WCT2013A；也有AutoSAR的方案，芯片為WCT2014/5/6S。歡迎大家深入了解和使用NXP無(wú)線充電解決方案。