基于ST专有协议的70W+无线充电解决方案

电子发烧友网报道（文/李诚）近年来，无线充电技术就像当年的WiFi一样，得到了快速的普及。随着技术的发展，无线充电输出功率也得到了很大的提升，应用成本得到了降低，应用领域也得到了拓宽。无线充电技术，也不再局限于消费类电子的应用，在医疗、工业制造等领域均有不同的渗透。
 

 
 
图源：ST官网

 
近日，ST在业内的电源与能源论坛中带来了全新一代的70W+无线充电解决方案。 ST的无线充电技术在业界内处于一个领先的水平，拥有着行业首创的创新型无线充电解决方案和独有的BCD工艺，是无线充电联盟（WPC）的主要成员之一。同时，ST还是无线充电设备接收端芯片和发射端芯片的主要供应商，ST新推出的无线充电芯片，支持ST自主研发的STSC专有协议，该协议可实现高达100W+的无线功率传输。
 
目前， ST的无线充电输出、接收功率涵盖了2.5W至100W。据ST官方表示，全新一代100W至200W的解决方案也即将推出。ST的2.5W无线充电解决方案，产品体积仅有1元硬币大小，多应用于对无线充电设备体积要求较为严格的可穿戴设备和医疗电子设备中。5W至30W的无线充电解决方案，主要应用于智能手机和可穿戴设备等领域。50W至70W的无线充电解决方案，主要是应用于智能手机无线快充、电动工具中。
 
ST 100W+无线充电发射器
 
ST的70W+无线充电的解决方案，输出端采用的是100W+无线充电发射器。
 

 
 
图源：ST官网

 
100W发射器采用的是STL20N6F7和STL50N6F7作为开关电源的上下管。STSAFE-A110作为协议芯片，该协议芯片已通过Qi V1.3 EPP认证，在切换到Qi 协议的充电模式时，可实现15W的功率输出。为了实现更大功率的输出，ST在该方案中加入了专有的STSC协议，该协议可提供100W+的功率输出。由于该方案的输出功率较大，桥式电压达到了38V，所以，ST采用了片上集成了40V桥式驱动器的STWBC2-HP作为主控芯片，用于驱动38的桥式电压。同时，STWBC2-HP还集成了Cortex-M0内核，用于快速运算PID 循环专利算法，提高转换效率。
 
由于无线充电设备的发射器原理与电磁炉相似，为降低安全隐患，ST在该方案中加入了高精度的FOD（异物检测）功能，当无线充电发射器感应到线圈上有金属物体，即使已经完成了充电协议的通信，也会立即终止无线充电行为，保证无线充电的安全性。同时，为了提高发射器系统的安全与稳定性，该方案还集成了过温保护、过流保护、过压保护等保护机制。
 
ST 70W+无线充电接收器
 
ST的70W+无线充电方案，接收端采用的是70W+的无线接收器。
 

 
 
图源：ST官网

 
该方案的接收端采用的是STWLC98作为接收芯片，STWLC98内置了32位的Cortex-M3 微控制器，该芯片通过了Qi V1.3 EPP认证，无需额外的协议芯片，即可完成发射端与接收端的Qi协议验证，进一步简化了PCB的布局，减小了产品的体积。同时，STWLC98也支持STSC的专有快充协议，与基于STWBC2-HP的发射器配合使用，可实现最高70W+的传输功率。STWLC98与STWBC2-HP一样，均有FOD（异物检测）功能，在端对端通信时，能够检测二者之间是否有金属物体的存在。
 
STWLC98片上集成了电源管理功能，该功能的加入，将发射端到接收端的电能转换效率提升至90%，从而降低了传输电能的损耗，同时还将待机能耗降至了最低。
 
在Demo板上，ST为其加入了OLED显示屏和三个参数配置按钮，无需其他外接设备，即可通过按键配置参数，调整输出电压，实时电流、电压和波形参数均能通过屏幕显示，简化了工程师对电路评估，以及电路调试的工作。
 
为提升用户的使用体验，ST为STWLC98集成了独有的ARC模式，ARC模式可以下不改变硬件布局和线圈的情况下，提升电能在X、Y、Z三个轴向的传输距离，提高发射端与接收端的感应范围，据ST官方表示，ARC模式能够为各个方向的ping-up提升50%的传输距离。ARC模式在为无线耳机、智能手表等线圈较小的设备充电时，优势最为突出，因为线圈较小的设备，对充电放置的要求更为严格，ARC模式的加入，使得受电设备可以摆放得更随意。
 
值得一提的是，该无线充电方案的接收器，通过模式切换后，还可以当作发射器使用，支持Qi协议，反向输出最高功率为15W，可为其他缺电设备进行紧急补能。
 
结语
 
通过这一组合的搭配，以及ST的专有快充协议，大大的提高了无线充电的功率。异物检测功能的加入，保障了充电设备在无线充电时的安全性。同时，该无线充电方案具有较强的拓展性，据ST官方表示，该方案不仅仅局限于手机、电脑的应用，还可在医疗监视器、药液注射泵等医疗领域中应用。