4G带旺无线充电产业 Qi标准将普及

成功的设计：不仅是性能，还需兼具工艺与良率

故事一的主人公高全喜，是上海锐灵电子科技有限公司的研发经理。值得一提的是，锐灵的无线充电产品在近日获得了苹果MFI(made for iPhone/iPod/iPad)认证。通过苹果MFI认证的条件很苛刻，必须经过苹果一系列严格的测试与论证，认证通过率仅有2%。高全喜分享了锐灵遇到的一些设计问题：

“前一段时间的移动电源+无线充电项目，在研发过程中遇到了一连串的问题，比如无线效率低、升压效率低而且波动大等。为此，我们设计了一大堆方案。对应无线充电效率低的问题，当时我们项目组有成员建议增加布线的线宽，有成员建议更换控制IC等，经过多次讨论以及各方案的初步排除试验，我们最终从众多方案中选取了两个可行性比较大的方案：方案一：更换MOS管，选取低导通阻抗MOS管，这样会使得效率少高一点;方案二：更换MOS管驱动IC，因为MOS管的死区时间和静态工作电流对整个电路的影响是很大的，更换死区时间小和静态电流小的驱动IC，会使得效率升高。这两个方案的优劣几乎部分高下，我们很难抉择。”

“考虑到成本、性能的权衡，在加上时间的紧迫，所以采用两个方案同时进行的方式，我将项目组分为2组，一组选取低导通阻抗MOS管，一组选取更换MOS管驱动IC的方式进行测试。测试结果出来，更换低导通阻抗MOS管成本会成指数增长方式，比如一个25毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到0.4元，一个16毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.1到1.5元，一个12毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.5到2元，以此类推，成本成现爆炸式增长，但是性能测试下来，效果改善不大，只从70%提高到72%。”

“与此同时，我们的第二个方案的结果也出来了，由于MOS管的死区时间需要整个电路的配合，MOS死区时间短了，就必须配合高速的MOS管，所以MOS管的开关时间以及对应的结电容就必须考虑，因此这个方案试验起来会比较繁琐，时间比较紧迫，但我们必须要经过多次试验，所以我们将力量再一次分散，最终几乎每个成员都在试验。”

“由于我们能量传输的频率能到205K，周期4us左右，所以我们原先使用的死区时间为400-650ns的ir2104就会产生了一定的影响，我们最终将ir2104换掉。经过不断测试，我们更换了死区时间为40-50ns的MOS管驱动IC，并选取了配套的MOS管AO3420，成本差别不大，然而效率呈现直线上升，最高效率可以测试到77%，这个问题得到解决。”

“关于升压效率低而且波动大的问题，我们当时有成员主张我们自主研发，依照一个成熟的方案，提高其效率;有一部分成员主张选取新的方案。考虑到目前移动电源方案公司相当多，所以我们最后决定，选取大量目前现有的移动电源方案，分别进行测试，测试不过就换，最后选取了深圳一家公司的方案，采用ME2139升压解决了这个问题，最终实现升压可达到2A，效率可达到90%，而且输出纹波也在要求范围内。”

故事二的主人翁蔡焱，是无线联电科技有限公司中国业务发展负责人，目前同时参与和承担产品策划和定义的工作。和其他公司一样，无线联电的发展壮大，途中也遇到多种挑战，比如2012年初，当时公司决定开发一款家用型的超薄无线充电器，需符合Qi 1.0标准，采用多线圈方式以使手机可“自由摆放”进行无线充电，主要针对日本和欧美市场。当时这个研发项目的主要的困难包括：

A. 此前的多线圈方式无线充电器通常都是采用绞合式的铜线圈(Litz Coil), 成本高，工艺复杂，良率比较低;

B.日本客户提出需要具备“金属异物探测功能(FOD)”，即可以识别出手机与无线充电座之间类似5毛硬币大小的金属物质;

C. 在不牺牲产品性能的前提下，要做出体积小巧的无线充电座，符合亚洲客户的审美要求。
【导读】无线充电从诞生之日就饱受争议，而实现之路也是困难重重，我们寻找了两家涉足无线充电领域的公司，试图从他们的现状来一窥无线充电产业的最新动态。

成功的设计：不仅是性能，还需兼具工艺与良率

故事一的主人公高全喜，是上海锐灵电子科技有限公司的研发经理。值得一提的是，锐灵的无线充电产品在近日获得了苹果MFI(made for iPhone/iPod/iPad)认证。通过苹果MFI认证的条件很苛刻，必须经过苹果一系列严格的测试与论证，认证通过率仅有2%。高全喜分享了锐灵遇到的一些设计问题：

“前一段时间的移动电源+无线充电项目，在研发过程中遇到了一连串的问题，比如无线效率低、升压效率低而且波动大等。为此，我们设计了一大堆方案。对应无线充电效率低的问题，当时我们项目组有成员建议增加布线的线宽，有成员建议更换控制IC等，经过多次讨论以及各方案的初步排除试验，我们最终从众多方案中选取了两个可行性比较大的方案：方案一：更换MOS管，选取低导通阻抗MOS管，这样会使得效率少高一点;方案二：更换MOS管驱动IC，因为MOS管的死区时间和静态工作电流对整个电路的影响是很大的，更换死区时间小和静态电流小的驱动IC，会使得效率升高。这两个方案的优劣几乎部分高下，我们很难抉择。”

“考虑到成本、性能的权衡，在加上时间的紧迫，所以采用两个方案同时进行的方式，我将项目组分为2组，一组选取低导通阻抗MOS管，一组选取更换MOS管驱动IC的方式进行测试。测试结果出来，更换低导通阻抗MOS管成本会成指数增长方式，比如一个25毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到0.4元，一个16毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.1到1.5元，一个12毫欧(VGS=4.5V)的MOS管成本能到1.5到2元，以此类推，成本成现爆炸式增长，但是性能测试下来，效果改善不大，只从70%提高到72%。”

“与此同时，我们的第二个方案的结果也出来了，由于MOS管的死区时间需要整个电路的配合，MOS死区时间短了，就必须配合高速的MOS管，所以MOS管的开关时间以及对应的结电容就必须考虑，因此这个方案试验起来会比较繁琐，时间比较紧迫，但我们必须要经过多次试验，所以我们将力量再一次分散，最终几乎每个成员都在试验。”[!--empirenews.page--]

“由于我们能量传输的频率能到205K，周期4us左右，所以我们原先使用的死区时间为400-650ns的ir2104就会产生了一定的影响，我们最终将ir2104换掉。经过不断测试，我们更换了死区时间为40-50ns的MOS管驱动IC，并选取了配套的MOS管AO3420，成本差别不大，然而效率呈现直线上升，最高效率可以测试到77%，这个问题得到解决。”

“关于升压效率低而且波动大的问题，我们当时有成员主张我们自主研发，依照一个成熟的方案，提高其效率;有一部分成员主张选取新的方案。考虑到目前移动电源方案公司相当多，所以我们最后决定，选取大量目前现有的移动电源方案，分别进行测试，测试不过就换，最后选取了深圳一家公司的方案，采用ME2139升压解决了这个问题，最终实现升压可达到2A，效率可达到90%，而且输出纹波也在要求范围内。”

故事二的主人翁蔡焱，是无线联电科技有限公司中国业务发展负责人，目前同时参与和承担产品策划和定义的工作。和其他公司一样，无线联电的发展壮大，途中也遇到多种挑战，比如2012年初，当时公司决定开发一款家用型的超薄无线充电器，需符合Qi 1.0标准，采用多线圈方式以使手机可“自由摆放”进行无线充电，主要针对日本和欧美市场。当时这个研发项目的主要的困难包括：

A. 此前的多线圈方式无线充电器通常都是采用绞合式的铜线圈(Litz Coil), 成本高，工艺复杂，良率比较低;

B.日本客户提出需要具备“金属异物探测功能(FOD)”，即可以识别出手机与无线充电座之间类似5毛硬币大小的金属物质;

C. 在不牺牲产品性能的前提下，要做出体积小巧的无线充电座，符合亚洲客户的审美要求。
【导读】无线充电从诞生之日就饱受争议，而实现之路也是困难重重，我们寻找了两家涉足无线充电领域的公司，试图从他们的现状来一窥无线充电产业的最新动态。

通过根据实际情况，他们提出了性价比合适的解决方案：

A. 采用创新的PCB线圈，8层线路板的设计。这样可以使主线圈和“金属异物探测”线圈(辅助线圈)以上下叠加的方式来布置，既保持了多线圈的“自由摆放”特点，又增加了“金属异物探侧”功能。——由于这部分的工作可以在线路板工厂以自动化产线生产，所以同时还达成了工艺简单和良率提高的目标;

B. 主线圈的设计是整个磁路设计的关键，对于效率以及Qi标准中最难做好的通讯部分，至为关键。由于选用了尺寸较大/股数较少的线圈组合，使得无线充电的“有效区域”显著增加，而且在“有效区域”内的工作时，也达到了既无工作盲点，又非常的高效。整套设计在Qi标准最新规范(1.12)中，被定名为“B4”号标准设计方案;

C.在小巧轻薄方面，用该方案做的首台家用型无线充电器就做到7.9毫米的厚度，在2012年末该产品上市时，是全世界最薄的无线充电器;

D.方案的主控芯片是由公司自行开发，从规划到完成仅用不到8个月的时间。而且在设计时就以车规为要求，以满足在各种复杂环境中使用的要求，之后在北美和日本的车载无线充电装置中被采用。

他们眼中无线充电的未来

蔡焱指出，由于智能手机(包括所谓的Phablet)内置电池容量加大，对无线充电的功率提出更高要求，5W(5V/1A)将成主流，甚至7.5W/10W(5V/1.5A和5V/2A)不久也会出现。这对无线充电的效率提出了更高的要求。 另外一个方向就是对多个移动终端同时进行无线充电，这在2014年也会开始流行，因为越来越多的消费者有数台移动终端同时使用，其中包括LTE这样的耗电大户。“从日本和美国的经验来看，一旦上了4G，随时随地充电变成了‘必须’。” 他表示。“而高通打算在应用处理器中整合Rx, 目前来看不会在近期达成，因为首先需要将目前的几种无线充电标准作一个整合。其中的差异性实在太大，而手机厂家对高通这种‘大集成’方式，有越来越多的担心。”

高全喜指出，从技术角度看来，无线充电下一步的发展方向是大功率、远距离无线充电。除了目前应用在消费电子的手机、平板、笔记本等无线充电，将来还会发展到厨房电器、医疗器械、军工设备等非接触式供电电器，比如，在军工方面的一些水下探灯，或者一些容易爆照的、不能有明火的场所，这些场所的照明等供电设备最好是用塑料整体包装，尽量不要有缝隙，这就给无线充电带来的很大的发展前景。而无线充电中对半导体芯片的要求大多集中在发热量上，一般发热低，效率就会高点，而且温度稍低，性能就会可靠，“所以在产品验证测试中，我们重点解决的是效率和发热量的问题。”

2014年来看，中国市场是很关键的，因为4G开始在中国推广，而且中国已经成为全球最大的智能移动终端市场。如果中华酷联，以及小米OPPO等也发力这块市场的话，那么无线充电的市场会迅速放大。“中兴和TCL已经在2013年发布了其支持Qi标准的无线充电产品，市场反响也不错。三大运营商刚刚解决4G牌照和标准问题，下一步是布置基站和布网，估计2015年他们将会成为推动无线充电的主力，因为4G手机届时将会普及起来。3G智能手机带旺了移动电源产业，4G将带旺无线充电产业!”蔡焱充满信心地表示。

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