無(wú)線(xiàn)充電的應用場(chǎng)景廣闊，從功率分布看，從小于5W（如可穿戴設備）到數W（如手機/平板、筆記本電腦、電動(dòng)工具、廚電）到kW級（如汽車(chē)）都會(huì )出現。隨著(zhù)華為、小米等國內手機將無(wú)線(xiàn)充電作為標配，2018年手機帶來(lái)的無(wú)線(xiàn)充電改變會(huì )非常大。其中，7.5W和10W將成為主力。

同時(shí)，在今年春節前，市場(chǎng)上做的5W方案非常多。這些方式比較原始，在今年只會(huì )成為禮品市場(chǎng)。但是，這一市場(chǎng)對無(wú)線(xiàn)充電的要求也會(huì )越來(lái)越高。發(fā)熱將是無(wú)線(xiàn)充電需要解決的一個(gè)主要問(wèn)題。

這是日前在A(yíng)SPENCORE旗下《電子工程專(zhuān)輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“無(wú)線(xiàn)充電與快速充電技術(shù)論壇”上，微源半導體總經(jīng)理戴興科在其“無(wú)線(xiàn)充電現有解決方案及未來(lái)思考”演講中所談到的問(wèn)題。同時(shí)他也重點(diǎn)談及了無(wú)線(xiàn)充電未來(lái)發(fā)展的五點(diǎn)思考。筆者也注意到他們家一個(gè)比較特別的產(chǎn)品——協(xié)議（誘騙）芯片。

無(wú)線(xiàn)充電市場(chǎng)目前的理解

首先他談?wù)摿宋覀儸F在對無(wú)線(xiàn)充電的理解，如下：

1.無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)已存在多年，Apple發(fā)布iPhone X后得到爆發(fā)性成長(cháng)  2.無(wú)線(xiàn)充電應用的產(chǎn)品非常廣，如IoT、手機、筆記本電腦、電動(dòng)工具、汽車(chē)等  3.無(wú)線(xiàn)充電應用的場(chǎng)景非常廣，如家用消費、辦公室、車(chē)用、公共場(chǎng)所、共享領(lǐng)域等  4.無(wú)線(xiàn)充電應用的標準不統一，如WPC Qi、PMA、A4WP  5.無(wú)線(xiàn)充電應用的需求大，如每人的手機充電需要3臺以上不同應用場(chǎng)景

目前，無(wú)線(xiàn)充電的實(shí)現方式主要有電磁感應和磁共振兩種，前者是主流。蘋(píng)果手機采用的電磁感應技術(shù)是定頻調壓方式，這對做SoC或系統級的人來(lái)講，是一場(chǎng)小小的革命，因為整個(gè)電路和軟件都得要修改，他表示。

據某市場(chǎng)咨詢(xún)公司預測，2018年無(wú)線(xiàn)充電的出貨量將達到6億臺以上。“但從實(shí)際來(lái)看，2018年會(huì )遠遠超出這一數據——光深圳就有3000家以上的無(wú)線(xiàn)充電廠(chǎng)家，而且我們公司每天有50家客戶(hù)在增加。這么多公司在做，一定會(huì )促進(jìn)發(fā)射端數量的突破。我個(gè)人認為，無(wú)線(xiàn)充電會(huì )是一種剛需。當你沒(méi)有用的時(shí)候，你會(huì )理解它又慢又發(fā)熱，效率也不高。但這三個(gè)不足之處可能跟個(gè)人的使用習慣有關(guān)。當你用過(guò)之后才會(huì )覺(jué)得它非常方便。”他指出。

無(wú)線(xiàn)充電解決方案及集成趨勢

下圖是無(wú)線(xiàn)充電的原理結構，它采用磁場(chǎng)耦合的方式。“大約在5年前，無(wú)線(xiàn)充電剛出現的時(shí)候，我理解的是，無(wú)線(xiàn)充電其實(shí)就相當于一個(gè)電磁爐，里面就一個(gè)MCU，是系統廠(chǎng)商的機會(huì )，跟電源管理沒(méi)有什么關(guān)系。隨著(zhù)快充出現，無(wú)線(xiàn)充電突然就消失了。但現在隨著(zhù)蘋(píng)果手機引入，這個(gè)市場(chǎng)又重新起來(lái)。我們覺(jué)得這一波無(wú)線(xiàn)充電會(huì )來(lái)得比較猛。”戴總談到。

無(wú)線(xiàn)1

從電路原理結構上來(lái)講，Tx和Rx端非常簡(jiǎn)單。在Tx端，MCU控制驅動(dòng)器，然后控制MOSFET，再通過(guò)電容耦合給線(xiàn)圈。再通過(guò)傳感采樣，告訴MCU功率到了多少，然后調整。這個(gè)線(xiàn)路有它的局限性。“比如說(shuō)前幾天，我們用iPhone X在一個(gè)客戶(hù)的板子上試，充到了9V/1.3A，也不知道對不對。但是蘋(píng)果工作的功率是7.5W，我不知道是控制錯了，還是我的手機有問(wèn)題。”戴總指出，“現在功率的部分，其實(shí)大家說(shuō)的5W、7.5W和10W，到最后并不是核心的參數。當我把手機拿進(jìn)一點(diǎn)或隔遠一點(diǎn)，它的功率變化非常大。因此，整個(gè)無(wú)線(xiàn)充電的設計不只是電路的部分，結構（包括線(xiàn)圈的大小、線(xiàn)圈的擺放方式等）也決定最終功率是多少。”

無(wú)線(xiàn)2

判斷一家SoC或MCU的公司，它的方案是否成熟，主要在于SoC/MCU的采樣和控制準不準，因為其他的硬件都一樣。

在無(wú)線(xiàn)充電上，微源的解決方案主要給MCU/SoC周邊做配套，包括驅動(dòng)芯片LP1111和上下半橋MOSFET。

“我們覺(jué)得，無(wú)線(xiàn)充電最終將會(huì )是價(jià)格戰，它沒(méi)有什么太多的地方（功能）可以玩。”戴總說(shuō)。

現在無(wú)線(xiàn)充電電路板上的元件還比較多，在大批量生產(chǎn)時(shí)容易出現加工問(wèn)題、貼片問(wèn)題等。因此業(yè)界也在思考，如何簡(jiǎn)化上面的元器件數量。包括最近電阻漲價(jià)，也讓大家措手不及。“我最近去到一個(gè)客戶(hù)那里，當它一個(gè)月貼到2kk時(shí)，一顆電阻、一顆電容對它來(lái)說(shuō)都是大問(wèn)題。因此我們做了一顆雙驅動(dòng)芯片LP1120。這樣做H橋的時(shí)候，一顆驅動(dòng)加2顆MOSFET就可以完成。”戴總說(shuō)。另外還有驅動(dòng)芯片+MOSFET的組合芯片LP1130，這樣一顆SoC加2顆LP1130，就完成了整個(gè)主回路設計。而且LP1130是用SO8封裝，非常方便生產(chǎn)。另外微源也在做一顆更高集成度的芯片，LP1140，它集成了2顆驅動(dòng)、2顆MOSFET和電壓電流采樣，采用SOP16封裝，這樣一顆SoC加一顆LP1140就完成了設計，可以更大程度地方便生產(chǎn)，降低成本。

基于這個(gè)思考，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)充電可能只需要一顆MCU（覆蓋協(xié)議部分）加一顆后裝ASIC，再加電容和線(xiàn)圈就完成了最終的布局。這樣更有利于無(wú)線(xiàn)充電的普及，也可以更進(jìn)一步縮小電路板尺寸。

另外，無(wú)線(xiàn)充電應用在汽車(chē)上是一個(gè)非常標準的場(chǎng)景。因為汽車(chē)環(huán)境非常惡劣，所以需要保證無(wú)線(xiàn)充電在車(chē)上能安全使用。目前在車(chē)載充電器這部分，微源有1A到6A的產(chǎn)品供各位使用，這些產(chǎn)品提供汽車(chē)所需各種保護機制。“對于消費類(lèi)廠(chǎng)商進(jìn)入到車(chē)載市場(chǎng)，還是有一些門(mén)檻，里面的坑太多了。我們家用了4年的時(shí)間，把里面的坑（包括高溫、高壓、沖擊等）都拆了。”他補充。

另外筆者還聽(tīng)到一款特別的產(chǎn)品，叫協(xié)議（誘騙）芯片。“我們看到現在在做7.5W、10W的廠(chǎng)商，國內的MCU明顯滯后。它們目前最大的問(wèn)題就是協(xié)議的兼容性做不好，因為它們想用最便宜的MCU去帶動(dòng)市場(chǎng)，然后出來(lái)的電壓去跟各種協(xié)議芯片握手的時(shí)候非常不準確。在這種需求下，我們做了一顆協(xié)議誘騙的芯片。這樣MCU+這顆誘騙芯片，就可以把市面上百分之七八十的快充充電器的電給誘騙出來(lái)，進(jìn)行快充。這顆芯片采用ASIC方式，所以它的握手非常成功。它可以保證MCU信號的上升沿下降沿非常準確。”戴總解釋說(shuō)。

無(wú)線(xiàn)充電未來(lái)的五點(diǎn)思考及戴總觀(guān)點(diǎn)

1.SoC內置驅動(dòng)與分立方案的優(yōu)劣勢是什么？

目前，一些芯片商可能會(huì )推出驅動(dòng)內置的SoC。這樣可以讓BOM變得簡(jiǎn)單一點(diǎn)，讓供應鏈變得可控一點(diǎn)。從成本來(lái)看，SoC和驅動(dòng)是兩種完全不同的工藝。從芯片設計的角度說(shuō)，驅動(dòng)需要高壓工藝，是模擬器件；SoC是5V工藝，是數字器件。對于數字芯片，工藝越小越好（比如臺積電現在到7nm），成本越低。但我們驅動(dòng)器現在采用110nm，就沒(méi)有想法再往下做，因為對模擬部分來(lái)說(shuō)，最重要的是電壓、電流的能力以及精度的可靠性。對MCU則追求的是運算能力、成本和引腳數等。因此，如果將這二者組合起來(lái)，成本至少上升3倍以上，未來(lái)沒(méi)有意義——現在還有意義，因為SoC現在單價(jià)還高，但不久的將來(lái)將會(huì )到1元RMB以下。從芯片設計的角度，MCU內置驅動(dòng)對于5W的應用會(huì )有優(yōu)勢，因為它不需要高壓，而對于5W以上的應用，理論上它不會(huì )有任何優(yōu)勢——現在還有優(yōu)勢，因為驅動(dòng)目前單價(jià)也還太高。

2.單芯片半橋全橋與分立方案的優(yōu)劣勢是什么？

國內有一家公司出了一顆H橋的單芯片SoC，搭配它們自己的方案在我們那推廣。但我們看到spec之后在想，這樣的單芯片方案真的是客戶(hù)需要嗎？它的功率怎么樣做到兼容？它里面非常致命的是MOSFET該做多大。這對成本管控會(huì )是個(gè)很大的問(wèn)題。一切的需求是來(lái)自于現在整個(gè)無(wú)線(xiàn)充電供應鏈，它的成本大家都還有“肉”。到只剩“骨頭”的時(shí)候，SoC的方案會(huì )消失。它不可能做得過(guò)分立方案，比如我們的驅動(dòng)做成SO8，第一這種配置非常通用，而且沒(méi)有產(chǎn)能和成本問(wèn)題。這種方案已經(jīng)做到了極限。因此，SoC在某個(gè)階段可能有優(yōu)勢，但是從長(cháng)遠來(lái)看，針對不同功率，它可能優(yōu)勢體現得不一樣。

3.無(wú)線(xiàn)充電對于體積的需求是否會(huì )大于對成本的需求？

顯然，無(wú)線(xiàn)充電對成本的需求大過(guò)對體積的要求。對用戶(hù)來(lái)說(shuō)希望的是，手機放上去是穩穩的。當然，小的產(chǎn)品有，比如像給可穿戴設備去用的。

4.SoC與簡(jiǎn)易MCU在無(wú)線(xiàn)充電未來(lái)的前景如何？

現在有很多客戶(hù)都對外說(shuō)自己是SoC方案，那么SoC和MCU到底哪種將成為未來(lái)的主流？我認為還是取決于成本。因為MCU成本現在已經(jīng)非常便宜了，這么多年也逐漸成熟，SoC離成熟還有距離。

5.無(wú)線(xiàn)充電效率的提升與減小發(fā)熱的方向如何？

目前我們測到的效率在85~86%，88%已經(jīng)是極限了。那么如何把效率提升到95%，這是行業(yè)內所有人都應該去思考的。那么電容耦合真的是唯一的方案嗎？