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WPC Qi增溫 對應解決方案相繼推出

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TI的5V Tx無線充電應用方案。Texas Instruments
TI的5V Tx無線充電應用方案。Texas Instruments

無線充電技術可達到更便捷的電子周邊產品使用型態,同時又可利用新一代低功耗設計方案,將原有電子產品的充電應用需求所耗損的能源,進一步減低、改善,因此吸引多家電源IC大廠紛紛搶進此領域,開發對應的解決方案,搶攻無線充電技術的應用裝載市場...

無線充電技術應用熱門,尤其在新一代解決方案已改善無線充電的效能問題,同時也針對自由角度的設計與多裝置同時充電的應用進行功能性改善,無線充電應用已具備商品化條件,不僅可以改善現有有線形式的充電設備效能與能源浪費的使用問題,甚至可以因為更前衛的充電設計方案,為行動裝置添加更多競爭優勢。

除電源控制IC外,線圈的設計方式也會影響可充電範圍與能源轉換效率。UWAY

除電源控制IC外,線圈的設計方式也會影響可充電範圍與能源轉換效率。UWAY

無線充電解決方案的Tx可以輕易整合於家具、配件上,提供高質感的無線充電平台設計。PowerKiss

無線充電解決方案的Tx可以輕易整合於家具、配件上,提供高質感的無線充電平台設計。PowerKiss

具自由位置(free position)支援的Tx方案整合電源處理IC,可以搭配多Tx線圈設計擴展可工作之無線充電應用範圍,增加終端設計的充電便利性。Texas Instruments

具自由位置(free position)支援的Tx方案整合電源處理IC,可以搭配多Tx線圈設計擴展可工作之無線充電應用範圍,增加終端設計的充電便利性。Texas Instruments

WPC聯盟的Qi無線充電標準,目前已有多家廠商投入進行相關開發工作,已形成無線充電產業的Eco System。Wireless Power Consortium

WPC聯盟的Qi無線充電標準,目前已有多家廠商投入進行相關開發工作,已形成無線充電產業的Eco System。Wireless Power Consortium

TI、IDT、Freescale紛紛投入開發無線充電解決方案
目前主流電源IC業者,已相繼投入無線充電應用解決方案開發,例如TI(Texas Instruments)、IDT(Integrated Device Technology)、Freescale Semiconductor紛紛提出自家的解決方案,而以無線充電技術在市場上也不只有單一方案,以制定無線充電技術為號召形成的聯盟與組織,目前也有推出Qi技術方案的無線電力協會(Wireless Power Consortium,WPC),與由Samsung、Qualcomm整合的A4WP(Alliance for Wireless Power)組織外,還有幾個無線充電聯盟正著手規劃無線充電周邊技術與規範制定。

即便目前無線充電技術看似多方角力,仍無法形成一個業界的通用技術規範,但實際上在電源IC大廠的角度,在無線充電技術規範仍未有如高清播放器最終以藍光Blu-ray為通用技術規範趨勢下,多數業者仍選擇以跨業聯盟搭配多元設計搶攻應用版圖,而目前技術規範以WPC的Qi技術方案相對完成,主流電源IC大廠在進行無線充電解決方案規劃時,也會對Qi無線充電方案進行對應產品規劃,目前成為主流的機會頗高,但仍須持續觀察。

Freescale提出多項參考設計 強化工業應用優勢
以Freescale Semiconductor為例,現已推出多款無線充電參考設計,其中包含整合型態的多裝置充電平台,可供應用戶同時、多台消費性電子產品同時進行無線充電,另外,此充電平台也可對應工業用平板電腦的充電用途,因為工業用平板電腦、醫療用行動運算設計多半要求需具防水、防塵與高撞擊保護要求,設備需要加上更多緩衝與防護措施。

而具實體連接器孔位的有線充電埠設計會因為充電連接器,而使工業用平板電腦的強固設計出現缺口,即便使用大量輔助性改善設計,也會影響整體產品的耐用度。無線充電方案可透過全無線、感應式機制傳輸電力,令電子產品達到不用接線即可進行充電,此設計方案將有助於改善工業用平板電腦的強固設計,不會因為外殼需預留電源接孔而出現防護設計罩門。

Freescale提出的無線充電參考設計包含兩大部分,一是傳輸電源的Tx充電平台,另一項是可以嵌在行動裝置、行動運算設計的Rx無線充電接收部件,Freescale的無線充電解決方案,在參考設計中為擴增Freescale Smart Application Blueprint for Rapid Engineering (SABRE)嵌入式平板電算平台的無線充電解決方案,將原有充電與電池管理子系統,利用無線充電解決方案進行重點升級,成為具全無線設計方案的嵌入式運算平台設計,此參考設計也可因應設計所需,整合至其他嵌入式平台,擴增無線充電功能設計需求。

Freescale亦針對WPC Qi標準提出對應產品
Freescale同時也針對智慧型行動電話應用,提出對應無線充電參考設計,為了讓無線充電應用可以快速投入業界的設計需求,在面向行動通訊應用平台的無線充電技術為採取支援Qi無線充電標準進行設計,設計方案可相容於WPC協會認可的任一Qi無線充電方案Tx平台,目前採取Qi標準的Rx端無線充電子系統,體積相當小,也可以整合入現有的智慧手機設計方案,電源管理子系統可自支援Qi技術方案的Tx端無線取得5V電力輸入,為行動裝置提供充電能量。

針對高容量、多重Power Pack的無線充電需求,Freescale另推出無線充電參考設計,高容量多裝置無線充電應用參考設計,可以因應手持無線電、電工工具的充電電池模組或其他工業應用,提供無線充電解決方案,在參考設計中已整合同時、四組鋰電池Pack進行無線充電,功率可以達到120W,Tx端為多線圈設計方案,Rx端可以管理、轉換無線接收的電力,再透過最佳化的充電演算法使接收轉換完成之電力進行鋰電池充電程序。

尤其是針對多Power Pack的設計方案,每個電池組都有獨立的控制IC,針對實際自Tx取得的無線傳遞能量自行以智慧型充電演算法進行充電狀態的能源轉換與調整來為鋰電池蓄能,不僅可讓電池組完全不需外露接點即可完成充電,同時也可以利用嵌入式控制IC確保充電進行安全性與管控充電效能。

TI看好智慧型手機、平板電腦用量 針對性提供電源改善設計方案
另一方面,電源IC大廠Texas Instruments(TI),則看準智慧型手機、平板電腦應用問題,提供最佳化應用解決方案,尤其是智慧型手機的5W有線電源轉換充電應用型態,與10W形式的平板電腦有線充電應用型態,提供對應的無線化電源應用解決方案。

新一代的電源管理控制器,可以大幅壓低待機功耗,即便用戶在完成充電後仍未將充電器自插座上取下來,也可透過新一代電源控制器將耗能降到最低、進而達到節能目標,其中新店控制IC方案,以可滿足EC IPP要求的3omW以下待機功耗標準要求,同時解決方案的尺寸以最小的元件數搭配高密度的設計,在維持高功率密度的同時提供最小化應用設計方案。以新款UCC28700解決方案為例,可支援低於30mW之待機功耗,啟動電流僅1.5μA,設計方案可簡省二次測回授電路(opto-feedback circuit),具寬VDD輸入電壓、與IDD待機電流支援、高切換頻率提高功率密度。

針對無線電源解決方案,TI則以單晶片設計方案為無線電源接收器設計方案提供更高效率充電、更少的料件數量與元件佔位空間,使無線充電設計更可符合行動裝置輕薄短小的設計要求。TI無線充電解決方案中,為具自由位置(free position)支援的Tx方案整合電源處理IC,可將無線充電設計方案的Tx可支援充電平台進行可用面積的400%擴展,讓無線充電應用更加彈性直覺,使用者只要輕鬆地將裝設Rx無線充電接收器的設備擺到充電平台上,不需刻意對位就能讓裝置進行高效率的無線充電程序。

TI以提供完整參考設計、評估工具 積極投入無線充電應用市場
目前TI bqTESLA除提供完善的參考設計外,也提供Wireless Power Evaluation kit,供解決方案導入的設計可以進行快速開發與設計整合,TI無線充電設計方案不但可以針對智慧型手機應用環境整合,也可以轉換至多種設計型態進行功能設計,例如車載電子的無線充電Tx整合設計,或是家電、家具整合Tx充電平台設計方案。

以TI bq51050B為例,為支援WPC Qi標準,設計段可以直接與電池充電器整合的無線電源接收設計方案,對應設計可以轉移或整合於智慧型手機、無線滑鼠?鍵盤或多種可攜式電子裝置的無線充電設計需求,Rx接收器已結合電壓調節?整流?充電狀態通訊控制?鋰電池充電監控...等功能的電源SoC設計方案,也可節省行動裝置的Rx設計電路板零組件佔位面積空達60%以上。

TI bq500410A的Tx主控電源IC,也是符合WPC Qi標準的無線電源Tx解決方案,bq500410A控制器可為符合Qi標準無線充電技術的智慧手機或行動裝置、於70mm x 20mm平台上進行無線充電程序,這與目前多數無線充電方案僅能達到18mm x 18mm的bull's-eye充電面積比較,TI的無線充電方案等於可以擴展400%的可充電面積!在安全防護方面,bq500410A採行寄生金屬(parasitic metal)、外部物體感測安全設計機制,當Tx/Rx間有異物、金屬塊影響充電時,就會自動暫停Tx端的能量傳輸,維護充電過程運行安全性,Nokia Lumia 920、Lumia 820已採行TI無線充電Rx與Tx解決方案。

IDT積極與Intel、Qualcomm合作 開發無線充電解決方案
而IDT現有的無線充電解決方案,也是以Qi標準為基礎的IDTP9030 Tx方案與IDTP9020 Rx解決方案為主,IDT無線充電解決方案不僅可相容Qi標準,IDT無線充電解決方案可以自動判定運行的無線充電協定,當兩方均為IDT應用方案時,Tx/Rx還可以進行專屬的功能擴充應用,不僅可以改善充電功率與充電速度,在安全性也可獲得更大的保障。而IDT也預計與Intel、Qualcomm合作開發無線充電解決方案,分別在Ultra Book、智慧型手機產品提供對應的無線充電技術方案。