瞄准可穿戴市场的NFC无线充电芯片

电子发烧友网报道（文/李诚）无线充电技术因为输出功率小，在手机领域一直被消费者所诟病，但非常适用于小型化的可穿戴设备。可穿戴设备与手机相比电池的容量更小，即便充电功率较低，电池也能在短时间内充满，同时还提高可穿戴设备的便利性，因此应用于可穿戴设备中更容易被接受。
 
如今可穿戴市场现已初见规模，据IDC发布数据显示，在受到疫情的影响下，2020年全球可穿戴设备出货量达到了4.447亿台，较2019年的3.37亿台增长了32%，可穿戴市场呈逐年快速上涨的态势，也驱动了无线充电在可穿戴领域的发展。
 

 
图源：Panthronics

 
去年5月，NFC标准官方组织批准并通过了无线充电规范WLC，WLC是利用 NFC 通信链路来控制功率传输，传输最大功率不超过1W。低功率的NFC无线充电技术主要应用于可穿戴设备领域，由于可穿戴设备的体积较小，设备内部的可用空间有限，传统的Qi无线充电的天线较大，很难安装在可穿戴设备上。通过NFC充电的方式可以减少单独的无线充电组件的需求，降低天线在设备内部的占用面积，对于可穿戴设备来说是个不错的无线充电解决方案。
 
蓝碧石科技1W NFC无线充电供电芯片组
 
11月25日，ROHM旗下公司蓝碧石科技推出了一组基于NFC的1W无线充电芯片。该芯片组主要应用于体积小巧的可穿戴应用中。
 

 
图源：蓝碧石科技

 
该芯片组由发射端ML7661芯片和接收端ML7660芯片构成，工作频率在13.56MHz频段，充电功率为1W。该芯片在设计时，就已将电能传输电路与接收控制电路融合在芯片中，并且无需外置MCU即可实现无线充电，有利于推进小型化可穿戴设备的发展。
 

 
有线2.5W和13.56MHz无线供电1W无线充电对比 图源：蓝碧石科技

 
上图为有线和无线充电速度的对比，通过观察发现，当电池容量为200mAh时，使用ML7660/ML7661芯片组无线充电与2.5W有线充电的时间，都能控制在一个小时以内。若该芯片组应用于电池容量较小的设备中，无线充电与有线充电时间的差别在可接受范围内。
 

 
天线尺寸对比 图源：蓝碧石科技

 
由于该芯片无线充电频段较高，天线的尺寸仅为8*8mm与应用于手机的Qi无线充电的20*50的天线相比，尺寸可降低83%。与分立结构的10*10mm天线相比，尺寸减小了36%。蓝碧石科技表示该芯片组是针对于小型化可穿戴设备领域开发的，在产品设计时不仅仅只是缩小天线的尺寸，还减少了元器件的使用数量。该芯片组无需外置MCU，只需保证正常供电即可实现供电控制，同时芯片还增设了SPI接口，拥有SPI接口的数字传感器可直接与芯片相连实现MCU的控制。由于该无线接收系统无需外置MCU，并且天线的尺寸减小与Qi电力接收系统的面积相比降低了65%。
 
据蓝碧石科技官方介绍，由于该芯片组是基于NFC进行研发的，所以该芯片组不仅可以进行无线充电，还具有近场通信的功能。应用在工作状态为旋转的设备中，可同时进行供电和通信，并对旋转设备进行控制和监测。
 
总的来说该解决方案的系统尺寸仅有230mm²，非常适用于小型化的可穿戴设备中。
 
Panthronics 1W NFC无线充电解决方案
 
此前，Panthronics推出了一款PTX100W NFC无线充电芯片，该芯片同时具备无线充电和NFC无线通信两种功能，主要应用于TWS蓝牙耳机、智能手表、智能眼镜等可穿戴设备中，为可穿戴设备提供更灵活的产品设计。
 
PTX100W内置了正弦驱动器，当PTX100W作为无线充电发射器使用时，由于正弦输出的结构，无需配置EMC滤波器即可与低阻抗的天线搭配使用增大发射器的输出功率，最高支持2.5W的功率输出。通过减少EMC滤波器和其他组件的使用，可大幅减少电路板的使用面积，降低无线充电发射器的成本和尺寸，精简了电路设计，非常有利于可穿戴设备的发展。当PTX100W作为无线充电接收器使用时，可进行1W的功率接收，在接收电力的同时还可以完成带内通信。
 

 
TWS蓝牙耳机应用及充电效率 图源：Panthronics

 
上图为应用在TWS蓝牙耳机的实例，经测量无论是输出端的体现还是接收端的天线面积都控制在了50mm²左右，小尺寸的天线为可穿戴设备提供了较高的灵活性。通过测试发现，基于PTX100W芯片的电力无线传输距离最远为5mm，两个天线间隔距离在0~2mm时，充电效率达到最大。
 
结语
 
NFC充电可以说是Qi无线充电的补充，但NFC充电与传统的无线充电方性能略有不同，在NFC充电模式下，即使在发射天线与接收天线出现错位的情况，对功率传输效率的影响也不大，从而将两个设备之间的功率传输能力增至最大化。