无线“快充”驾到：15W无线充电方案盘点

iPhone在无线充电领域的选边站队，让无线充电的标准之争暂时告一段落——虽然AirFuel力推的磁共振式无线充电标准有诸多优势，但是市场的天平已经向WPC的Qi磁感应技术倾斜，至少在在未来的几年内各厂商不用担心站错边，可以在无线充电市场放手一搏了。

不过经验告诉我们，告别了标准的困扰，接下来很快就会进入到硬碰硬的竞争，大家势必会在一些核心的性能指标上展开角力。

其中，功率一定会是一个核心的竞争焦点。以往充电功率低，一直是无线充电的软肋，特别是有线充电前几年打出了一波“快充”攻势之后，目前主流的有线快充功率都是在20W上下，而无线充电还在5W徘徊。

实际上早在2015年，WPC公布的新一代Qi标准已经支持最高15W的中等功率充电，理论上这已经可以与有线快充技术比肩。但也许是受到无线充电市场整体趋势的影响，在过去两年中市场上相关的产品和方案并不活跃。

而在苹果宣布推出采用定频调压架构、7.5W的无线充电方案之后，中等功率无线充电市场似乎被激活了，各个厂家更大功率的无线充电方案都在跃跃欲试，希望能够在市场竞逐中争得好位置。

图1，无线充电系统示意图（图片来源：IDT）

在无线充电解决方案中，发射和接收控制器处于核心的地位，所以各个深耕Qi无线充电标准的厂商，也都以此类产品为龙头，来带动整个参考解决方案的开发。

我们从市场中选取了几个最具代表性的15W Qi无线充电产品和方案，从中和大家一起体会行业发展的脉动。

今年3月8日，WPC发布了最新的Qi标准版本V1.2.4，新版本不仅将认证标准统一为以前针对中功率充电的EPP（Extended Power Profile）规范,也更为关注产品和方案在充电稳定性、充电效率、FOD、对手机的干扰等方面的性能表现，这被视为无线充电技术和市场升级的一个标志。对于这种技术演进的预判和响应，也已经体现在以下这些产品和方案中，值得细细品味。

新唐科技基于其Mini55 32位MCU开发出符合Qi标准EPP规范的发射端解决方案。Mini55内置ARM Cortex-M0内核，有丰富外设资源，可灵活增添功能，具备高性能、低功耗的优点，主要负责解码接收端发送的信号，据此调整脉宽调制信号（PWM）的频率，控制谐振电路之频率改变充电电流，从而满足发射端的要求，增加了动态功率调整功能，当输入功率不足时，也能保证充电。

该方案符合Qi V1.1.2 A11标准，兼容Qi标准接收器，具有金属异物检测功能 (FOD)、过温与限流等保护功能，确保使用者安全。

图2，新唐科技的15W Qi无线充电发射端解决方案（图片来源：安富利）

很多专注于无线充电领域的公司，通常会推出发射端+接收端的整体解决方案。比如下面这款参考设计就是基于IDT的发射控制器P9242-R和接收控制器P9221-R开发的15W无线充电完整解决方案。

P9242-R是一款为15W电磁感应无线充电应用而设计的符合WPC 1.2标准的高集成度发射端控制器，可以在4.25V至21V的宽输入电压范围内工作，实现86%的端对端效率。

它内置ARM Cortex-M0内核、FOD功能、全桥驱动器和片内同步电源和电源检波功能，通过一个I2C借口去读取外部反馈的电压、电流和故障状态信息，以做出及时精准的调控。

图3，基于IDT P9242-R的15W Qi无线充电发射端方案框图（图片来源：安富利）

图4，基于IDT P9242-R的15W Qi无线充电发射端方案实物图（图片来源：安富利）

与P9242-R配对使用的是P9221-R接收端控制器，用于将AC电源信号整流为9-12V的DC输出电源。该器件集成了低RDS(ON)的同步整流器和超低压差的稳压器，实现了高效率。

该器件也是通过一个内置的ARM Cortex-M0内核来完成接收端和发射端之间的匹配优化，可以实现可编程的输出电压设定（包括5V、9V和12V）。支持15W中功率无线充电的特性使得该器件适用于需要快充功能的手机、平板电脑、医疗设备和其他配件。

图5，基于IDT P9221-R的15W Qi无线充电接收端方案框图（图片来源：安富利）

图6，基于IDT P9242-R的15W Qi无线充接收端方案实物图（图片来源：安富利）

意法半导体（STMicroelectronics）也是一家积极跟进无线充电动向的公司。因应Qi标准的更迭，ST推出了支持EPP规范的15W发射端控制器STWBC-EP，该控制器的待机功耗仅16mW，端到端的效率能够达到80%，此外位置检测、FOD、Q因数测量的功能也一应俱全。

STWBC-EP集成有一个DC/DC升压转换器和控制器，以及Qi充电算法固件，开发者无需在设计中集成软件和使用额外微控制器，即可完成方案设计。

DC/DC转换器和控制器协同产生输出功率和控制信号，传送到外部半桥功率级，用于驱动充电发射电路天线。该架构让设计人员能够灵活地优化外部半桥及相关栅极驱动器，支持5~12V的电源电压，确保兼容USB快充。

图7，基于ST STWBC-EP的Qi无线充电发射端参考设计（图片来源：安富利）

在接收端，ST的方案是基于15W接收控制器芯片STWLC33。这款电磁感应式无线充电接收器可以同时支持Qi 1.2和AirFuel感应式无线充电两种协议，而且可以根据需要将自己的“角色”由接收器切换为发射器模式，为其他设备供电。该芯片还集成了高效率同步整流器、低压差线性稳压器以及输入电压调节环路，可实现的系统总效率高达80%。

图8，STWLC33接收控制器系统框图（图片来源：安富利）

NXP是最早投身于15W Qi标准制定和技术方案开发的厂商，所以提到更高功率的无线充电方案显然不会缺席。以下图8所示，是由Avnet开发的两款中功率无线充电发射端解决方案，其采用的就是NXP的MWCT10xx发射控制器。

它们都支持最新的Qi MP v1.2.4标准，并向下兼容以前的低功率无线充电标准版本。方案A可以支持高至15W的无线充电功率，方案B则可支持苹果的7.5W以及三星的10W无线快充功能，为开发者提供更多的选择。

图9，基于NXP MWCT10xx的中功率Qi无线充电发射控制端方案（图片来源：安富利）

在上述的方案中，同样体现出安富利充分利用优势资源的设计整合能力，从下列的BOM中，我们可以看到一众优质芯片供应商的产品都被囊括其中。

表1，方案A核心元器件BOM

表2，方案B核心元器件BOM

总之，15W的无线“快充”时代已经来临，此时备足粮草、积极应战已经是想要淘金无线充电市场的玩儿家必然的选择。从我们粗粗的盘点来看，今后技术、市场上演的戏码，应该是看点十足。