车载手机无线充电系统的简介

田建文

摘 要：本文主要介绍了无线充电标准中的Qi标准的原理以及流程，以及基于IDT芯片的车载手机无线充电方案的工作原理和功能介绍。

关键词：无线充电标准;Qi标准;车载手机无线充电模块

引 言

随着智能手机无线充电标准（Qi）的制定，无线充电功能越来越成为手机的标配，无线充电器的需求也随之增加。汽车做为现代人工作和生活最主要的出行方式，也逐渐的配备了车载无线充电模块。车载无线充电技术为人们提供了在车内充电区域随手放置手机就可以充电的便捷体验，同时也解决了传统充电方式中接线插线不方便以及忘带充电线等问题。

1.无线充电标准

1.1 Qi标准。Qi标准是全球首个推动无线充电技术的标准化组织-无线充电联盟（WPC，2008年成立）推出的无线充电标准，其采用了目前最为主流的电磁感应技术，电磁波频率在100-205kHz之间，具备兼容性以及通用性两大特点。产品小巧且丰富，只要是拥有Qi标识的产品，都可以用Qi无线充电器充电，目前有用一百多种商业应用。缺点是空间自由度小，有效充电距离现阶段最大只有几厘米。

1.2 PMA标准。电力事业联盟（PMA，2012年成立）致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。PMA也是采用电磁感应原理实现无线充电。它的电磁波频率在277-357kHz之间，功率比Qi要大些。目前已经有AT&T、Google、星巴克、Duracell Powermat等超過100个成员加盟了PMA联盟。缺点也是空间自由度小，有 效充电距离现阶段最大只有几厘米。

1.3A4WP标准。无线电力联盟（Alliance for Wireless Power标准，2012年推出）目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。A4WP采用电磁共振原理来实现无线充电。它的电磁波频率在6.78MHz，利用磁场谐振效果实现无线充电，特点是支持大功率、远距离无线充电，但传输效率没有电磁感应式的高。

2. Qi标准无线供电原理及充电流程

2.1 Qi标准无线充电原理。Qi标准最为常见的充电解决方案就采用了电磁感应原理，类似于变压器。在输出和接收端各有一个线圈，输出端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应输出端的电磁信号从而产生电流，从而将能量从输出端转移到接收端。Qi标准规定了无线充电输出端与电能接收端之间的功率传输和通信协议，可以对无线充电器的输出功率进行调节，提高系统的传输效率。

（1）输出端：直流电源输入变频器装置切换电力的开关发射的线圈与电容谐振组合（2）接收端：接收的线圈与电容谐振组合整流器滤波与稳压器直流电源输出。

2.2无线充电通信流程：（1）检测阶段：识别可供电设备及异物（FOD）当接收器放置在发射器工作范围内，发射器检测是否是一个接收器靠近。（2）通讯阶段：进行身份认证发射器发送数据包，并且为接收器供电启动接收器，之后接收器回复响应数据完成身份的认证（3）充电阶段：进行电能传输在身份认证后，发射器根据接收器的设备类型，选择相应的功率等参数，为接收器充电。

3. Qi标准车载无线充电方案

3.1无线充电方案：（1）SOC芯片+MOS管。该方案中SOC 芯片内部集成了无线充电驱动、H桥驱动器、运放、内置温度保护功能等。配合MOS管外挂等元件组成一个充电方案。（2）MCU主控+功率全桥方案。该方案中MCU把外挂、驱动、MOS管及解码集合到一起。（3）全集成SOC。该方案把主控、驱动、解码、MOS全部集合到一起，使得外围器件更加精简。

3.2  IDT无线充电解决方案原理。IDT公司的无线充电技术解决方案具备高集成度，提供单芯片SOC解决方案，支持Qi WPC认证，并且兼容POWERMATE模式;具有加密通讯（FSK、ASK实现），异物检测模式功能。IDT目前是英特尔整个平台无线充电技术唯一的合作伙伴。现已有多家厂商使用IDT无线充电解决方案。IDT的无线充放电IC在无线充电效率在15W时最高可达87%，提高了系统的热性能，可以媲美传统的有线充电架构。其内部处理器基于32位ARM Cortex-M0架构，通过I2C通讯控制，并且提供了扩展的数字IO引脚以及相关软件库。

3.3基于IDT SOC芯片的前装车载手机无线充电模块。（1）车载前装模块要求。作为汽车原厂匹配的无线充电模块要求具备基础的无线充认证、满足严苛的车规级硬件标准，解决电磁兼容、安全问题，对工作温度范围、防水防尘等也有一定的等级要求。（2）模块布置位置介绍。布置在方便用户操作的地方，一般位于中央储物盒、扶手箱位置，手机放到充电装置上即可充电或者高配车型后排中间扶手箱也配备充电模块（3）IDT充电系统原理。采用IDT的P9260驱动芯片，符合Qi（WPC V1.2.3） 标准的15W功率传输。NXP的 NCJ3340驱动模块实现NFC的功能。该系统包含了输入过滤保护电路，DCDC升压电路，全桥高频逆变电路，电容匹配谐振电路，通信信号调制电路，故障反馈检测电路，IDT驱动电路，NFC驱动电路，风扇驱动电路，GSM耦合电路，EMC保护电路，MCU和电源驱动电路组成部分，确保在车载情况下无线充电过程更加安全高效。（4）主要功能。1）手机虚拟钥匙的功能。当手机贴近驾驶测车门时，利用方案中的外部NFC天线与手机进行NFC通信，将解锁信号传递给CPU，CPU再将信息传递给BCM等车身控制模块进行解锁功能。进入车内后将手机放置在充电模块上后，利用模块内置NFC天线与手机进行NFC通信，可以启动汽车发动机。2）个性化设置功能。利用NFC功能作为蓝牙/WiFi验证的方式，让用户免去配对的繁琐，直接通过接触实现蓝牙WiFi连接;手机利用模块NFC功能与车身控制模块通信，可以调节空调/座椅/后视镜/仪表盘等个性化设置。3）无线充电。车辆解锁进入车内后，充电模块会检测是否有待充电的手机放置在充电区域，一旦检测到待充电的手机，模块会根据握手协议进行充电。4）系统故障诊断与保护。该系统具备故障自诊断和故障处理功能。具备过温/过压/欠压/过流/异物检测/反接保护。

4.结束语

Qi标准车载手机无线充电系统作为一种绝佳的无线充电应用场景，能够在无需频繁插拔充电线的条件下，满足用户在驾驶车辆过程中对手机进行充电，是增加行车安全，改善车内手机使用和充电体验的一大利器。

参考文献

[1] ISO 15765-1： 2011， 道路车辆基于控制器局域网的诊断通信（DoCAN）第1部分：一般信息和用例定义[S].

[2] System Description Wireless Power Transfer： Volume I： Low Power，Wireless Power Consortium[Z]，2011.