電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）隨著手機(jī)無線充電技術(shù)的發(fā)展，如今的無線充電功率與有線充電功率并無太大差異。加之近年來無線充電設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本的下降，無線充電功能已成為中高端手機(jī)的標(biāo)配。據(jù)無線充電聯(lián)盟（WPC）數(shù)據(jù)顯示，2021年每三臺(tái)智能手機(jī)中，就至少有一臺(tái)帶Qi無線充電協(xié)議，預(yù)計(jì)2022年具備無線充電功能的智能手機(jī)將超過10億部。

無線充電技術(shù)擺脫了線纜的束縛，相對(duì)于有線充電而言，在車載應(yīng)用領(lǐng)域有著極為突出的優(yōu)勢，據(jù)高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在去年我國新車前裝手機(jī)無線充電模塊的上險(xiǎn)量為358.35萬輛，同比增長120.43%，前裝搭載率為17.57%，預(yù)計(jì)今年搭載量有望突破500萬輛。

手機(jī)無線充電技術(shù)的快速普及，使得應(yīng)用場景得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大，蓬勃的汽車產(chǎn)業(yè)也成為了新的發(fā)展賽道。各大芯片廠商也十分看好這一市場，爭相推出可搭載于汽車平臺(tái)的手機(jī)無線充電解決方案。

南芯車載RTx 50W解決方案

南芯是國產(chǎn)主流的手機(jī)充電芯片供應(yīng)商之一，其客戶群體中不乏小米、OPPO、vivo、華為等國內(nèi)手機(jī)頭部玩家，之所以備受大廠青睞的主要原因之一是其核心團(tuán)隊(duì)大多來自TI、ADI、凌特、飛思卡爾、立锜等知名半導(dǎo)體大廠，在電源管理芯片領(lǐng)域有著十多年的經(jīng)驗(yàn)積累。也正因這一實(shí)力先后拿到了安克、OPPO、英特爾資本等企業(yè)的多輪融資。

截至目前，南芯在手機(jī)充電領(lǐng)域已細(xì)分出多條產(chǎn)品線，如DCDC、電荷泵、協(xié)議芯片、無線充電等。隨著新興應(yīng)用的層出不窮，汽車市場的機(jī)會(huì)涌現(xiàn)，南芯在加大技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，不斷拓展汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，加速滲透汽車前裝市場。今年1月，南芯先后向市場推出了三款車規(guī)級(jí)的無線充電芯片SC8701Q、SC8101Q、SC5003Q，輸出功率實(shí)現(xiàn)15W至50W的覆蓋。3月南芯又推出了可應(yīng)用于受電端的50W無線充電Tx芯片SC9621，與之前的發(fā)射端芯片構(gòu)成完整的產(chǎn)品組合。

此次南芯的帶來的車規(guī)級(jí)無線充電芯片分別為，同步降壓轉(zhuǎn)換器SC8101Q，同步升壓控制器SC8701Q，以及無線發(fā)射機(jī)的模擬前端SC5003Q，通過這三款芯片的相互組合，可實(shí)現(xiàn)車載無線充電模塊與汽車電池供電電壓的相互兼容，通過SC8101Q+SC5003Q+MCU可構(gòu)建出15W的無線充電解決方案，SC8701Q+50W Tx+MCU構(gòu)成50W無線充電解決方案。

SC8101Q+SC5003Q+MCU 15W車載無線方案

該方案是面向最大輸出功率為15W的無線充電應(yīng)用，在方案參考設(shè)計(jì)方面，由于南芯沒有自研的MCU，在本設(shè)計(jì)中采用的是NXP的WCT2013A作為無線充電模塊的主控芯片，用于對(duì)SC8101Q進(jìn)行升降壓調(diào)節(jié)，再將通過調(diào)節(jié)的電壓傳輸至無線充電的發(fā)射機(jī)為其供電。

(SC8701Q+SC5003Q+NXP WCT2013A無線充電方案Demo)

其中SC8101Q在本設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)降壓輸出，電壓等級(jí)為32V，考慮到汽車啟動(dòng)時(shí)電壓不穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致器件擊穿的問題，南芯將其的最高耐壓等級(jí)提高到了40V，同時(shí)器件內(nèi)部還內(nèi)置了導(dǎo)通電阻為45mΩ的上管和35mΩ下管，以此保證在功率傳輸過程中的轉(zhuǎn)換效率。

SC5003Q是一顆支持最高功率為20W的高效無線功率發(fā)射模擬前端，在無線充電應(yīng)用中，無線充電的發(fā)射與接收端之間的協(xié)議通信都是在這里完成的。同時(shí)為保證無線充電在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的安全性，在該芯片中加入了Q值檢測功能，通過無線發(fā)送電路發(fā)送電磁波的過程中，檢測受電端與輸出端之間的Q值，在通過判斷Q值確定無線發(fā)送電路的電磁波傳輸范圍內(nèi)是否存在異物，做出是否退出充電模式的操作。如果不具備此功能，當(dāng)發(fā)射端與接收端存在金屬異物時(shí)，極易因?yàn)椴粩嘧儞Q地交變磁場而產(chǎn)生渦流發(fā)熱，引發(fā)火災(zāi)。

SC8701Q+50W Tx+MCU 50W無線充電解決方案

在此設(shè)計(jì)中主要用到的是南芯的同步升壓控制器SC8701Q，該控制器支持2.7V至36V超寬范圍的電壓輸入，可滿足車載電池的全電壓輸出范圍，輸出電壓可通過PWM進(jìn)行2V至36V的動(dòng)態(tài)調(diào)整。芯片內(nèi)置了4個(gè) 10V/2A的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)器，通過內(nèi)部集成的方式，在降低電路設(shè)計(jì)難度的同時(shí)，為MOSFET帶來更高的效率。

圖源：南芯

在主控MCU和功率發(fā)射機(jī)方面，南芯并未給出具體的芯片參考。

50W無線充電接收芯片

除了無線充電功率發(fā)射端的解決方案，近日南芯還推出了應(yīng)用于接收端的功率接收芯片SC9621。該芯片是一顆結(jié)合了接收與發(fā)射功能二合一的無線充電芯片，最高可支持50W的無線功率接收以及15W的反向輸出功能，反向輸出功能通過GUI寫入Tx指令即可實(shí)現(xiàn)。

圖源：南芯

據(jù)介紹，該芯片的內(nèi)置的整流橋由4顆MOS管組成，而非傳統(tǒng)的二極管設(shè)計(jì)，得益于MOS管導(dǎo)通電阻小的特點(diǎn)，能夠有效降低功率接收時(shí)的系統(tǒng)功耗，提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，減少手機(jī)在使用無線充電時(shí)的發(fā)熱量。類似的整流橋設(shè)計(jì)在蘋果去年推出的140W PD快充中也有使用，不同之處在于蘋果的PD快充只采用了兩顆MOS管。

圖源：南芯半導(dǎo)體

上圖為基于SC9621的demo在輸出功率為5W時(shí)的無線充電測試，通過觀察可以看出當(dāng)功率發(fā)射器為5V/1A 5W時(shí)，SC9621可以接收到4.96W的功率，轉(zhuǎn)換效率竟高達(dá)99%。

圖源：南芯

上圖為當(dāng)輸出電壓為18V/3.359A 60W時(shí)，基于SC9621的demo能夠接收到19.81V/2.50A 49.52W的功率。通過計(jì)算得出，功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)82.5%。

結(jié)語

自去年工信部發(fā)布的無線充電設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定中明確指出，50W為無線充電最高上限以來，各大芯片廠商都開始走務(wù)實(shí)路線，不再尋求功率上的突破，而是在技術(shù)與轉(zhuǎn)換效率方面繼續(xù)深研。南芯通過4個(gè)MOS管構(gòu)建的同步整流橋，很好的提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，讓無線充電的發(fā)展更進(jìn)一步。