車載手機無線充電系統的簡介

田建文

摘 要：本文主要介紹了無線充電標準中的Qi標準的原理以及流程，以及基于IDT芯片的車載手機無線充電方案的工作原理和功能介紹。

關鍵詞：無線充電標準;Qi標準;車載手機無線充電模塊

引 言

隨著智能手機無線充電標準（Qi）的制定，無線充電功能越來越成為手機的標配，無線充電器的需求也隨之增加。汽車做為現代人工作和生活最主要的出行方式，也逐漸的配備了車載無線充電模塊。車載無線充電技術為人們提供了在車內充電區域隨手放置手機就可以充電的便捷體驗，同時也解決了傳統充電方式中接線插線不方便以及忘帶充電線等問題。

1.無線充電標準

1.1 Qi標準。Qi標準是全球首個推動無線充電技術的標準化組織-無線充電聯盟（WPC，2008年成立）推出的無線充電標準，其采用了目前最為主流的電磁感應技術，電磁波頻率在100-205kHz之間，具備兼容性以及通用性兩大特點。產品小巧且豐富，只要是擁有Qi標識的產品，都可以用Qi無線充電器充電，目前有用一百多種商業應用。缺點是空間自由度小，有效充電距離現階段最大只有幾厘米。

1.2 PMA標準。電力事業聯盟（PMA，2012年成立）致力于為符合IEEE協會標準的手機和電子設備，打造無線供電標準，在無線充電領域中具有領導地位。PMA也是采用電磁感應原理實現無線充電。它的電磁波頻率在277-357kHz之間，功率比Qi要大些。目前已經有AT&T、Google、星巴克、Duracell Powermat等超過100個成員加盟了PMA聯盟。缺點也是空間自由度小，有 效充電距離現階段最大只有幾厘米。

1.3A4WP標準。無線電力聯盟（Alliance for Wireless Power標準，2012年推出）目標是為包括便攜式電子產品和電動汽車等在內的電子產品無線充電設備設立技術標準和行業對話機制。A4WP采用電磁共振原理來實現無線充電。它的電磁波頻率在6.78MHz，利用磁場諧振效果實現無線充電，特點是支持大功率、遠距離無線充電，但傳輸效率沒有電磁感應式的高。

2. Qi標準無線供電原理及充電流程

2.1 Qi標準無線充電原理。Qi標準最為常見的充電解決方案就采用了電磁感應原理，類似于變壓器。在輸出和接收端各有一個線圈，輸出端線圈連接有線電源產生電磁信號，接收端線圈感應輸出端的電磁信號從而產生電流，從而將能量從輸出端轉移到接收端。Qi標準規定了無線充電輸出端與電能接收端之間的功率傳輸和通信協議，可以對無線充電器的輸出功率進行調節，提高系統的傳輸效率。

（1）輸出端：直流電源輸入變頻器裝置切換電力的開關發射的線圈與電容諧振組合（2）接收端：接收的線圈與電容諧振組合整流器濾波與穩壓器直流電源輸出。

2.2無線充電通信流程：（1）檢測階段：識別可供電設備及異物（FOD）當接收器放置在發射器工作范圍內，發射器檢測是否是一個接收器靠近。（2）通訊階段：進行身份認證發射器發送數據包，并且為接收器供電啟動接收器，之后接收器回復響應數據完成身份的認證（3）充電階段：進行電能傳輸在身份認證后，發射器根據接收器的設備類型，選擇相應的功率等參數，為接收器充電。

3. Qi標準車載無線充電方案

3.1無線充電方案：（1）SOC芯片+MOS管。該方案中SOC 芯片內部集成了無線充電驅動、H橋驅動器、運放、內置溫度保護功能等。配合MOS管外掛等元件組成一個充電方案。（2）MCU主控+功率全橋方案。該方案中MCU把外掛、驅動、MOS管及解碼集合到一起。（3）全集成SOC。該方案把主控、驅動、解碼、MOS全部集合到一起，使得外圍器件更加精簡。

3.2? IDT無線充電解決方案原理。IDT公司的無線充電技術解決方案具備高集成度，提供單芯片SOC解決方案，支持Qi WPC認證，并且兼容POWERMATE模式;具有加密通訊（FSK、ASK實現），異物檢測模式功能。IDT目前是英特爾整個平臺無線充電技術唯一的合作伙伴。現已有多家廠商使用IDT無線充電解決方案。IDT的無線充放電IC在無線充電效率在15W時最高可達87%，提高了系統的熱性能，可以媲美傳統的有線充電架構。其內部處理器基于32位ARM Cortex-M0架構，通過I2C通訊控制，并且提供了擴展的數字IO引腳以及相關軟件庫。

3.3基于IDT SOC芯片的前裝車載手機無線充電模塊。（1）車載前裝模塊要求。作為汽車原廠匹配的無線充電模塊要求具備基礎的無線充認證、滿足嚴苛的車規級硬件標準，解決電磁兼容、安全問題，對工作溫度范圍、防水防塵等也有一定的等級要求。（2）模塊布置位置介紹。布置在方便用戶操作的地方，一般位于中央儲物盒、扶手箱位置，手機放到充電裝置上即可充電或者高配車型后排中間扶手箱也配備充電模塊（3）IDT充電系統原理。采用IDT的P9260驅動芯片，符合Qi（WPC V1.2.3） 標準的15W功率傳輸。NXP的 NCJ3340驅動模塊實現NFC的功能。該系統包含了輸入過濾保護電路，DCDC升壓電路，全橋高頻逆變電路，電容匹配諧振電路，通信信號調制電路，故障反饋檢測電路，IDT驅動電路，NFC驅動電路，風扇驅動電路，GSM耦合電路，EMC保護電路，MCU和電源驅動電路組成部分，確保在車載情況下無線充電過程更加安全高效。（4）主要功能。1）手機虛擬鑰匙的功能。當手機貼近駕駛測車門時，利用方案中的外部NFC天線與手機進行NFC通信，將解鎖信號傳遞給CPU，CPU再將信息傳遞給BCM等車身控制模塊進行解鎖功能。進入車內后將手機放置在充電模塊上后，利用模塊內置NFC天線與手機進行NFC通信，可以啟動汽車發動機。2）個性化設置功能。利用NFC功能作為藍牙/WiFi驗證的方式，讓用戶免去配對的繁瑣，直接通過接觸實現藍牙WiFi連接;手機利用模塊NFC功能與車身控制模塊通信，可以調節空調/座椅/后視鏡/儀表盤等個性化設置。3）無線充電。車輛解鎖進入車內后，充電模塊會檢測是否有待充電的手機放置在充電區域，一旦檢測到待充電的手機，模塊會根據握手協議進行充電。4）系統故障診斷與保護。該系統具備故障自診斷和故障處理功能。具備過溫/過壓/欠壓/過流/異物檢測/反接保護。

4.結束語

Qi標準車載手機無線充電系統作為一種絕佳的無線充電應用場景，能夠在無需頻繁插拔充電線的條件下，滿足用戶在駕駛車輛過程中對手機進行充電，是增加行車安全，改善車內手機使用和充電體驗的一大利器。

參考文獻

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