意法半导体的无线充电设计指南知足不合功率段无线充电的需求

本次演讲的高朋是意法半导体（ST）深圳无线充电与技能管理的技能市场经理章正平。
主题为ST无线充电设计指南。
如何在实际量产的项目中设计意法半导体的无线充电方案。

以上是本次演讲的目录。
首先是意法半导体的无线充电先容，其次是无线充电的设计流程，再者是无线充电设计的准备事情，第四是无线充电设计的系统，第五是基于Rx 端STWLC38的产品，第六是基于Tx 端STWBC86的产品，第七是意法半导体如何支持Qi的认证，末了一个是意法半导体在无线充电的领先上风。

意法半导体（ST）集团作为天下最大的半导体公司之一，也是天下领先的供应半导体办理方案的公司，意法半导体致力于为客户供应高品质的产品，帮助客户在系统运用端进行产品创新，拥有超过9000名技能研发职员，超过19500+技能创新专利，拥有80余家办事处和分公司，为环球超过200000+客户供应完善的技能做事，拥有14家生产制造中央。
联合国环球左券（UNGC）签署国，任务商业同盟 （RBA） 成员。

意法半导体致力于为客户供应最高效率的全套办理方案，也致力于实现绿色可持续发展的愿景。
意法半导体可以供应无线发射的接管端和发射真个全套办理方案。

基于Qi标准下的TX、RX端办理方案，紧张关注的是15~30W、30~70W、70~100W范围的办理方案，由于国际上暂时没有统一的标准，厂商可以在这个区间范围内设计出属于自己的私有协议。
个中30W以内的紧张是消费类电子采取，30~70W紧张是旗舰类的消费类电子产品，例如高端手机、条记本电脑、平板等，涵盖工业与医疗领域的采取，70~100W紧张是涵盖工业机器人、电动工具、医疗东西等领域运用。
以上产品推举作为新的无线充电系统设计利用，产品的终极参数可能因终极运用和其他成分而异，携带（BPP） 或 （EPP）认证的须要进行 Qi 1.3标准认证鉴定。

基于TX、RX的设计流程，确定输出、输入电压后，确定全体无线充电的干系参数，基于以上参数和产品构造，进行产品仿真测试，测试通过后进行TX、RX真个事理图设计，接着对事理图设计进行审核，完成PCB和PCBA设计后，分别对TX、RX端进行软件优化，最后进行小批量生产，对硬件和软件进行优化，完成量产前的事情后，即可开始量产。

右边因此市情优势行的智好手表为案例，在产品矩阵图中，通过对应的功率段进行选择，根据产品的充电功率、充电间隔、RX、TX的需求进行选择。

STWBC86JR和STWLC38JR在USB-I2C转换工具的运用案例，下方采取STWBC86JR打造而成，TX真个输入端通过12V DC或者USB 5V进行供电，上方RX端是STWLC38JR打造而成的，该方案的TX和RX端运行数据均可以通过GUI来进行读取。

STWLC38是一款集成式无线电源吸收器，适用于可穿着/耳戴式和智好手机运用，可供应高达 15 W 的输出功率。
该芯片支持感应通信协议、5W 和 15W 扩展功率的 Qi 1.3标准，最高事情频率可达800Khz，内置Arm 32-bit CortexTM-MO+ core up to 64MHz，32kB restive RAM (RRAM)，拥有非常高的集成度，保护功能非常完善。

STWLC38可以知足轻载或者空载功耗的哀求，在环境温度为25.6C情形下进行轻载，温度最高为30.9C，在5W的满载情形下最高温度是38.6度，温升表现精良。
STWLC38自带ARC功能，可选择打开或者关闭该功能，在打开后可以扩展RX与TX的打仗间隔，实测打开ARC功能后，无线充吸收范围可增加50%。

TX真个STWBC86JR是一款高度集成的单片式无线电源发射器办理方案，适用于高达 15W 的运用。
由于集成了低阻抗全桥/半桥逆变器，以是该方案的外围电器较少，同时实现高效率和低功耗。
支持I2C 接口，许可自定义固件和平台参数，并且可以利用嵌入式 FTP 配置设备。
该芯片非常适宜低功率紧凑需求的产品运用。

线圈的设计，以STWLC38和STWBC86 为例子，RX端和TX真个线圈设计均为内径25mm，外径31mm，线圈为13扎，RX端电感量为20uH，TX端电感量为6.3uH。
通过建模拟真建立的TX、RX端系统模型。

建模拟真中的成分，全体TX、RX线圈间耦合的成分，负载的变革，影响系统的运行，因此，须要进行系统的优化和调节，改进低功耗的转换效率的表现。

基于全体系统制作的磁场感应强度云图，根据磁场感应强度云图的分布进行磁场矢量分布的剖析，基于分布的情形，通过系统扫描得到的参数，包括TX、RX的感量变革，系统的K值变革，末了查看Z轴变革导致的磁场分布变革。
以是系统仿真是全体无线充系统设计的至关主要的一环。

STWLC38基于5W产品的范例电路图，可以看到外围较为精简，设计较为简洁。
在开拓无线充时候，事理图的主要性不言而喻。

以上是STWLC38的PCB板设计示例图，遵照小旗子暗记器件与大旗子暗记器件隔离开，避免小旗子暗记器件被大旗子暗记器件滋扰，导致系统事情状态稳定性发生变革。

STWBC86得益于其该产品的高集成度，IC外围较为简洁，ASK解码知足TX和RX进行解码事情，由于产品有不同的运用需求，以是可以加入LED显示的设计。

STWBC86的PCB设计图，同样采取小旗子暗记器件与大旗子暗记器件隔离开的设计办法，ASK也是同样事理，减少大功率回路或者地线、小旗子暗记的滋扰。
I2C是为了方便调试增加的，在实际产品运用中不须要该部分电路。

STWBC86在进行RX、TX真个数据检测时候，可通过PC端安装STCHARGE Wireless power Studio系统工具来进行数据检测，读取检测干系的参数，TX、RX端均可通过GUI来进行大略检测。
通过意法半导体开拓的软件，可以灵巧的调度和优化无线充方案，缩短产品的开拓周期，知足各种定制化需求。

基本的基站包含一个或多个发射器，发射器是为了供应功率传输给吸收端。
移动设备含一个吸收端，会给系统（例如电池）吸收端供应供电，吸收器会供应一个掌握的旗子暗记给发射器。

无线充电器的事情分为4个阶段，第一个起始阶段，发射端首先会发射旗子暗记进行检测，检测是否表面存在异物，接着吸收端会等待发射真个旗子暗记。
第二个阶段是吸收端吸收到发射真个旗子暗记后，就会与发射端进行通讯，发出掌握旗子暗记反馈给TX端。
第三个阶段是进行身份识别与参数确认的阶段，以是吸收端会通过通讯识别发射真个身份，然后向对应的吸收端供应功率信息，发射端得到相应指令后发射出相应的功率。
第四个阶段是功率传输的末了阶段，吸收端把相应的数据给到发射端，发射端就会调度全体功率传输。

意法半导体的Qi 认证包含符合性、兼容性的测试，符合性测试会包含Qi最新的标准和规范，通过硬件和软件上的调试来达到符合性，兼容性的测试紧张在WPC规定的实验室内进行完成配套的TX、RX端兼容性测试，紧张测试设备包含Nok9 CATS Il。

WPC的Qi标准认证测试由Qi 1.2.4标准转变为Qi 1.3标准，紧张差异是Qi 1.2.4测试项为115项，而Qi 1.3测试项为677项，且Qi 1.3加入了身份识别功能，有效担保无线充设备的安全性。
右上角是Qi 1.3的一个测试报告示例，测试中可以根据不同线圈进行匹配测试，完成符合性测试，达到WPC最新规范的测试。

意法半导体无线充电的上风。
涵盖无线充电1~100W功率段范围，涵盖范围非常广。
可以供应RX和TX全套的办理方案。
意法半导体供应的整套方案可以知足行业内对付效率的哀求，同时意法半导体也在追求产品的不断创新。
意法半导体的方案集成度非常高，有效减少外围元器件，厂商可以减少本钱的时候。
意法半导体拥有完善的演示版生态系统、设计指南、软件工具，厂商可以有效缩短产品的开拓韶光。
意法半导体支持线圈的定制，差异于传统的设计，让产品的磁场分布更加稳定。
意法半导体的产品拥有7年的生命周期保障，避免厂商产品的周期寿命短的问题。

意法半导体在4个方面辅导用户全体无线充电的设计事情，避免产生不必要的麻烦，包括系统的仿真、意法半导体自带的实验室、EVK测试、意法半导体自有的GUI工具，帮助厂商进行Qi的干系认证和进行无线开拓的研究。

线圈的仿真测试是无线充开拓的主要一环，在设计之初和设计过程中，TX、RX端线圈如何打算是非常关键的，意法半导体可以供应干系的技能支持，全体理论支撑对付系统的运用也是非常关键的，通过理论结合实际来帮助用户办理干系的问题。

意法半导体在大功率无线充电也有相应的上风，例如50W的发射方案是基于STWBC2-HP完成的，STWBC2-HP乃至可以打造100W的无线充TX端发射方案，且方案非常简洁，线圈设计比较紧凑，相应的100W的RX端方案可以通过单颗STWLC99来完成，对付功率需求稍低的可通过70W的STWLC98方案来实现。

意法半导体的无线充办理方案可以帮助用户更快实现大功率无线充电，并有助于改进无线充的充电环境和用户体验。
同时意法半导体的方案自带诸多安全功能的设计，保障无线充的安全。

以上是意法半导体最新的电路技能事理图，从图中可以看到运用了意法半导体的高带宽通讯的产品ST60A3。
右边是实物图，更加直不雅观的查看其事情状态和事理，通过无线充可以打开RX真个U盘，查看里面的图片文件或视频文件，最大可以达到60M/S的带宽，也是业内领先的带数据无线充办理方案。

本次演讲环绕意法半导体的无线充电设计指南开展，从无线充电的先容开始，依次是无线充电的设计流程和准备事情，末了是无线充电的整体设计，以及意法半导体基于Rx 端STWLC38和Tx 端STWBC86提出的无线充办理方案，阐释意法半导体的产品是如何支持Qi的认证，以及在无线充电领域的上风。
为了知足不同厂商的哀求意法半导体开拓出了1~100W功率段完全的RX和TX端办理方案，帮助厂商快速设计出须要的无线充产品和缩短产品的开拓韶光，同时授予产品更多安全、高效、低能耗等属性。

意法半导体的高带宽通讯的产品ST60A3，是意法半导体在业内领先的带数据无线充办理方案。
由于是通过无线传输来完成数据的交流和读取，没有采取传统的金属触点来进行连接，以是无需引脚进行精确对准，能够承受更恶劣的环境运行，例如沙尘、水、雾等环境。
意法半导体开拓的ST60A3通过低功耗、高速、高可靠的无线连接，办理了大部分智能设备从固态中读取、传输数据须要打仗式连接器的问题。