‌STWBC86 5W Qi兼容无线供电发射器芯片深度解析与技术应用指南

STMicroelectronics STWBC86 Qi兼容无线功率发射器是一种高度集成的单片解决方案，适用于高达5W的应用。STWBC86具有集成式低阻抗全/半桥逆变器，可实现高效率和低功率耗散。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STWBC86Qi兼容无线供电发射器数据手册.pdf

STMicro STWBC86设有I^2^C接口，可定制固件和平台参数。该器件的配置通过嵌入式FTP进行。STWBC86可实施额外固件补丁，以提高应用灵活性。

倒装芯片封装和低物料清单数量使STWBC86适合非常紧凑型的应用。

特性

• WPC Qi 1.2.4兼容功率等级0 BPP
• 基于A11a拓扑结构的功率Tx参考设计
• 接收器侧高达5W的输出功率传输
• 宽温度输入电压范围：4.75V至20V
• 单片解决方案，集成半桥/全桥逆变器和驱动器，实现高效率和低物料清单
• 32位，64MHz ARM Cortex微控制器，8KB SRAM
• FTP（几次可编程），用于固件补丁和高级功能
• 片上电流检测
• 10位模数转换器
• I^2^C接口
• 完全可配置的GPIO
• 精确的FOD电压/电流测量
• 电流限制和热保护
• 稳健的ASK、FSK通信
• 倒装芯片72焊球 (3.26mm x 3.67mm)

方框图

‌STWBC86 5W Qi兼容无线供电发射器芯片深度解析与技术应用指南‌

一、核心特性与产品定位

STWBC86是意法半导体推出的高集成度无线供电发射解决方案，专为5W功率等级的Qi 1.2.4标准应用设计。其关键价值在于‌单片集成全桥/半桥逆变器与驱动器‌，显著降低外部元件数量（BOM），同时实现高效率与低功耗的完美平衡。

‌技术亮点‌：

• 内置32位ARM Cortex-M0内核（64MHz主频），配备8KB SRAM和可多次编程存储器（FTP），支持固件升级与功能拓展
• 宽输入电压范围（4.75V-20V）适配多种电源环境
• 片上电流检测与10位ADC，实现精确的电压/电流测量与异物检测（FOD）
• 完整的保护机制：电流限制与过热保护双保险
• 先进的通信接口：I2C控制 + 可配置GPIO，满足定制化需求

二、架构深度剖析：从芯片到系统

2.1 无线功率传输架构

系统基于‌A11a拓扑结构‌的全桥逆变器设计，通过精确控制发射线圈的PWM频率（110-205kHz）和占空比（10%-50%），实现精准的能量传输控制。逆变器将直流输入转换为交流驱动信号，通过优化的LC谐振电路（典型值：Lp=6.3μH, Cp=0.4μF）向接收端传送能量。

‌关键工作机制‌：

1. ‌功率协商‌：接收端通过ASK调制发送控制错误包（CEP），发射器动态调整工作点
2. ‌效率优化‌：通过闭环控制确保传输功率与接收需求精确匹配，减少能量损耗
3. ‌温度管理‌：低阻抗设计和优化的功率分配，保持低温运行

2.2 通信协议栈

• ‌ASK解调‌：专用VS引脚接收线圈信号，外部分压滤波网络（典型值：10kΩ+22nF+680pF）
• ‌FSK支持‌：满足扩展通信需求
• ‌I2C寄存器映射‌：提供46个可访问寄存器，涵盖芯片配置、状态监控与中断管理

三、电气特性与极限参数：工程设计红线

3.1 绝对最大额定值（安全边界）

• ‌漏源电压‌：AC1/AC2引脚对地最大27V
• ‌栅源电压‌：BOOT引脚间最大5.5V
• ‌工作结温‌：-40℃至125℃
• ‌持续电流‌：AC1/AC2引脚RMS电流2.0A

3.2 核心性能指标

• ‌逆变器效率‌：典型值97%（VIN=5.2V, 1A条件）
• ‌输入电流消耗‌：关断模式低至3μA，运行模式400μA
• ‌导通电阻‌：全桥模式下极低阻抗，显著降低导通损耗

四、应用设计实战指南

4.1 典型5W发射器设计方案

‌关键外部元件选型‌：

• 发射线圈：Wurth 760308111（6.3μH ±10%）
• 谐振电容：4×100nF/50V（Murata GRM31C5C1H104JA01L）
• 自举电容：47nF/50V（GRM155R61H473JA01D）
• 滤波网络：V5V0（4.7μF）、V1V8（1μF）、VINV（10μF）
• ESD保护：双向TVS二极管（SMAJ22CA）

4.2 PCB布局关键要点

1. ‌电源完整性‌：V1V8/V5V0滤波电容需紧贴芯片，走线最短化
2. ‌接地策略‌：区分模拟地（VSSA）、数字地（VSSD）、功率地（VSSP）
3. ‌信号隔离‌：I2C通信线路远离AC1/AC2高压开关噪声
4. ‌热管理‌：充分利用底部接地层散热，保证结温可控

4.3 保护电路设计

• ‌ESD防护‌：AC1/AC2引脚必须配置独立TVS二极管
• ‌过压保护‌：可编程阈值（默认20V）
• ‌过流保护‌：2A典型限制值

五、寄存器配置与软件控制

5.1 I2C接口协议

• ‌器件地址‌：0x61（7位硬件地址）
• ‌通信速率‌：支持标准模式（100kbps）和快速模式（400kbps）
• ‌自动地址递增‌：支持单寄存器和多寄存器连续读写

‌关键寄存器组‌：

• 0x0000-0x001F：芯片标识与版本信息
• 0x0040-0x004B：实时监测数据（电压、电流、温度）
• 0x00C0-0x00CF：中断使能/清除/状态
• 0x00D0-0x00E4：发射器配置与保护阈值

六、故障诊断与性能优化

6.1 常见问题定位

• ‌EPT（终止功率传输）原因分析‌：可通过0x00E6-0x00E8寄存器读取具体触发源

6.2 效率提升策略

• 优化谐振电路Q值，降低无功损耗
• 合理设置频率与占空比组合，寻找最优工作点
• 通过FTP更新固件，获取最新算法优化

七、应用场景适配

该芯片特别适用于：

• ‌智能手机无线充电‌：精确的FOD确保充电安全
• ‌医疗电子设备‌：稳定的功率传输满足精密仪器需求
• ‌智能穿戴设备‌：紧凑封装（WLCSP72，3.26×3.67mm）适合空间受限应用