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来自工程师的声音

减轻环境负荷的电源技术发展趋势 Part 3

一项可以减少工业废弃物的技术 : 无线供电

关键词
  • 无线供电
  • 电力传输
  • USBPD
  • 减少充电器
  • WPC Qi AirFuel Alliance
  • PMA
  • A4WP
  • AirFuel Inductive
  • Rezence
  • AirFuel Resonant
  • BD57011AGWL
  • BD57015GWL
  • BD57020MWV
  • BD57021MWV
  • WPC Qi Ver.1.2
  • BPP(Baseline Power Profile)
  • EPP(Extended Power Profile)
  • ML610Q772
  • FOD
  • Qi参考板
  • BD57020MWV-EVK-001
  • BD57015GWL-EVK-001
  • Qi参考设计

-这种可以“减少工业废弃物”的电源技术是怎样的技术呢?

是无线供电技术。现如今平板电脑和智能手机等移动设备的数据传输,采用无线方式已经变得司空见惯。然而在电力传输方面,主要通过以AC/DC适配器为主的充电器等有线方式进行,例如USB充电等。无线供电技术之所以备受瞩目,是因为使用该技术给移动设备充电时不再需要使用电源线,这非常有助于提高设备连接器的安全性、防水性以及防尘性,不仅如此,由于使用一台供电设备可以给各种各样的设备供电,从而可以告别一台设备配一个充电器的时代,由此可以减少充电器的数量,这将非常有助于环境保护。

-我想苹果公司已经宣布支持无线充电。另外,我们也能感觉到无线充电用的可选设备也正在增多。

如今,为了推广无线供电,相关业界团体正在致力于国际化标准的制定。以欧美国家为中心,无线供电已经应用于智能手机,同时在宾馆、机场候机厅、快餐店、汽车等公共设施领域的应用也日益普及。

-我认为共享1台供电装置这点会成为标准化规定的,那么请问都有哪些标准呢?

目前主要的标准是由两个团体组织制定的3个标准。最早颁布的是“Qi”国际标准,是由WPC(Wireless Power Consortium)这个组织制定并推行的标准。Qi发音为“气”。另外两个标准是由AirFuel Alliance这个组织制定的。实际上,AirFuel是由PMA、Power Matters Alliance、A4WP及Alliance for Wireless Power合并而成的联盟组织。目前正在推广两个不同的标准,即原PMA标准、现在的AirFuel Inductive电磁感应标准和原Rezence标准、现在的AirFuel Resonant磁共振标准。另外,现在很多场合也使用旧标准名称,所以稍微有些混乱。

顺便提一下,关于您刚才提到的苹果公司的情况,还有很多信息是不确定的,比如iPhone8支持Qi标准。与此同时,相关元器件、设备制造商及服务商应该满足哪个标准还处于不确定阶段,标准方面也还在朝提高功率方向制定中。就ROHM而言,ROHM已经成为WPC的正式成员,从WPC的Qi标准制定阶段开始就参与其中,并正在率先推动结合市场需求的产品开发。

-ROHM都有哪些产品呢?

目前无线供电控制IC有接收端(终端)的BD57011AGWLBD57015GWL和发射端(供电端)的BD57020MWVBD57021MWV。这些产品均满足WPC Qi Ver.1.2标准。

另外,配置这些IC的参考板也已开始销售。发射端的BD57020MWV-EVK-001和接收端的BD57015GWL-EVK-001是截至2016年3月业界最早取得WPC Qi标准中等功率Qi认证的参考板。

-那么接下来请您具体介绍一下无线供电控制IC。

首先来看一下现有的产品阵容和产品所支持的标准。这样会更容易理解接下来的内容。

机型名称 功能 支持标准 最大输出功率
BD57011AGWL 接收端 WPC Qi标准 Ver1.2(BPP) 5W
BD57021MWV 发射端 WPC Qi标准 Ver1.2(BPP)、原PMA标准
BD57015GWL 接收端 WPC Qi标准 Ver1.2(BPP、EPP) 15W
BD57020MWV 发射端 WPC Qi标准 Ver1.2(BPP、EPP)

所支持的标准版本都是最新版本。BPP是Baseline Power Profile的简称,也被称为“低功率标准”,是5W以下的标准。EPP是Extended Power Profile的简称,是15W以下中等功率的标准。BD57015GWL和BD57020MWV同时满足了低功率和中等功率两种标准的要求。

-这么说来,ROHM是拥有支持5W以下和支持15W以下的接收端/发射端的产品阵容是吗?

是的。在这里介绍一下其中满足WPC Qi标准中等功率(EPP)标准的芯片组BD57015GWL和BD57020MWV。

该芯片组不仅满足5W的低功率标准,还满足3倍高的15W中等功率标准,实现了与有线同等的充电功率。不仅支持智能手机充电,还支持平板电脑等10W级应用的无线充电。右图是BD57015GWL和BD57020MWV的系统构成示意图。电力通过电磁感应从发射端输送到接收端。基本上与变压器的原理相同。

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-关于接收端的BD57015GWL,方框图的数据包(Packet)生成电路处写着不仅支持Qi标准,还支持PMA标准。前面的表格中也是这样的,能给我们具体说明一下吗?

BD57015GWL还支持PMA标准,也就是现在的AirFuel Inductive标准,配置双模通信功能,已实现WPC Qi中等功率和5W的PMA之间自动切换。这样就实现了无论使用哪种标准的充电器都可以充电的终端。

-发射端的构成中,除BD57020MWV外,还需要微控制器和驱动电路是吗?

是的。微控制器作为控制器是必要部件。这款微控制器是ROHM集团旗下蓝碧石半导体的ML610Q772,为了使配套产品满足Qi标准要求,出厂前就已预装了固件。写着“驱动电路”的部分,是由MOSFET组成的半桥或全桥的电源电路,是用来驱动线圈的电路。MOSFET的栅极驱动由BD57020MWV进行。

-还有其他的特点吗?

还配置了异物检测功能FOD(Foreign Object Detection)。发射器和接收器之间如果有回形针等金属物体,可能会因金属发热导致外壳变形或灼伤。为了提高安全性能,Qi标准中要求必须配置FOD功能。另外,产品中还内置了过电压保护、过电流保护、过热保护、防止低电压误动作等保护电路。

-明白了。接下来请您介绍一下参考板。

参考板有两种,即发射端的BD57020MWV-EVK-001和接收端的BD57015GWL-EVK-001,通过参考板的名称应该就能想象出分别是由BD57020MWV和BD57015GWL组成的。参考板已经取得了WPC Qi中等功率的Qi标准认证,因此与其他已经取得Qi认证的产品是兼容的。使用这些参考板,可以进行各种试验和验证。

关于参考板的更详细信息和参考设计的相关信息,官网中有详细介绍,欢迎点击查阅。另外,参考板还可通过网售平台购买。

I-9_graf03

-最后请您总结一下,谢谢。

无线供电由于不再需要电源线,具有可消除连接器相关问题的优点,同时,由于一台供电装置可用于各种设备,从可减少充电器数量的角度看,还非常有助于降低环境负荷。另外,随着标准的扩展,充电功率越来越大,已经从5W级的智能手机级别发展到10W级的平板电脑级别,预计充电功率还会进一步提高。这种扩展使更多设备的无线充电成为可能,有望进一步降低环境负荷。

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右图表示WPC Qi标准的扩展和ROHM的开发路线图。ROHM积极加入标准组织等,提前捕捉未来市场走势,推动开发满足客户需求、且节能、环保的产品,为解决全球共同面临的课题而贡献力量。

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