‌STWLC38：一款高性能Qi兼容双模式无线电源接收器技术解析

STMicroelectronics STWLC38 Qi兼容双无线电源接收器设计用于可穿戴/耳戴设备和智能手机应用。该芯片支持用于电感通信协议的Qi 1.3规范、5W基线电源配置以及15W扩展功率配置。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STWLC38 Qi兼容双无线电源接收器数据手册.pdf

STMicro STWLC38接收器集成了一个低损耗同步整流器和一个低压差线性稳压器，可实现出色的效率性能。数字内核动态地管理这些元件，以最小化在广泛的输出负载条件下的整体功耗。

用户可采用I^2^C接口访问和修改不同配置参数，使得器件运行符合特定应用的需求。配置参数可保存在内置电阻式存储器 (RRAM) 中，并在上电时自动检索。STWLC38还可在Tx模式下工作，以传输高达5W功率为其他器件充电。

STWLC38采用芯片级封装，可适合穿戴设备中对房地产敏感的解决方案。

特性

• 输出功率：高达15W
• 在Tx模式中的输出功率：高达5W
• 兼容Qi 1.3感应式无线标准通信协议
• 高效率（98%典型）同步整流器运行高达800kHz
• 低压差线性稳压器，带输出电流限值和输入电压控制回路
• 自适应整流器配置 (ARC) 模式，增强空间自由度
• 可编程调度输出电压：4V至12V
• 整体系统效率超过85%
• 32位、64MHz ARM cortex M0+ 内核，带32kB RRAM、16kB SRAM和64kB ROM
• 10位模数转换器
• 可配置GPIO
• I^2^C从接口
• 多级ASK调制器、增强型FSK解调器
• 输出过压钳位保护
• 精确的电压/电流测量，用于异物检测 (FOD)
• 片上热管理和保护
• 倒装芯片40焊球 (2.12mm x 3.32mm)

方框图

‌STWLC38：一款高性能Qi兼容双模式无线电源接收器技术解析

1. 核心特性概述

STWLC38是一款高度集成的无线电源接收芯片，主要特性包括：

• ‌功率输出‌：支持高达15W的接收功率（符合Qi扩展功率配置文件EPP）和5W的发射功率（Tx模式）。
• ‌高效率架构‌：采用98%典型效率的同步整流器，工作频率可达800kHz，并结合低压差线性稳压器（LDO），通过数字核心动态管理以最小化整体功耗。
• ‌通信协议‌：全面兼容Qi 1.3感应式无线通信标准，集成多级ASK调制器和增强型FSK解调器，确保稳定的数据传输。
• ‌自主运行能力‌：内置32kB RRAM（电阻式随机存取存储器）、16kB SRAM和64kB ROM，搭载32位ARM Cortex-M0+核心（64MHz），可独立运行或通过I2C接口与主机系统交互。
• ‌全面保护机制‌：提供过压、过流、过温保护，包括可编程的外国物体检测（FOD）功能。
• ‌小尺寸封装‌：采用WLCSP40封装（2.12mm x 3.32mm），适合空间敏感的可穿戴设备应用。

2. 关键功能模块详解

2.1 同步整流器

• ‌作用‌：将接收线圈的交流电压转换为直流电源，为后续LDO稳压器供电。
• ‌结构‌：基于H桥架构的四N沟道MOSFET，通过数字核心优化开关控制，以降低导通和开关损耗。
• ‌外围元件‌：需外接两个 bootstrap 电容器（典型值47nF）以驱动高侧开关。

2.2 ARC模式（自适应整流器配置）

• ‌优势‌：提升系统的空间自由度，在X和Y方向上可将ping距离增强高达50%，无需硬件变更或线圈优化。

2.3 保护系统

• ‌ 过压保护（OVP） ‌：
  • ‌POVP‌：在启动期间，若VRECT > 14V则触发保护。
  • ‌SOVP‌：软过压保护，阈值可编程。
  • ‌HOVP‌：硬过压保护，通过内部寄存器设置阈值。
• ‌ 过温保护（OTP） ‌：
  • 支持内部温度传感器和外部NTC传感器。
  • 可编程温度阈值（105°C至135°C，步进10°C）。
• ‌ 过流保护（OCP） ‌：电流限值可编程（1.25A/1.5A/1.75A/1.93A），确保设备在安全温度范围内运行。

2.4 TX模式功能

• ‌功率输出‌：支持最高5W的功率发射，输入电压范围5V至12V。
• ‌ASK解调‌：通过外部滤波电路处理接收到的调制信号。

3. 电气特性与性能

3.1 电源参数

• ‌工作电压范围‌：VRECT为4.5V至13V，在BPP模式下为5.1V至8V。
• ‌效率数据‌：在5V/1A条件下，系统整体效率超过85%。

4. 应用设计指南

4.1 外围元件选择

• ‌谐振电容‌：建议采用多层陶瓷电容（MLCC），如X5R/X7R/COG介质类型，额定电压50V。
• ‌ASK调制电容‌：典型值为22nF和10nF。

4.2 PCB布局建议

• VAA（2.5V）和VDD（1.1V）的滤波电容应尽可能靠近芯片放置。
• 电源走线（AC1、AC2、VRECT、VOUT）需保持足够宽度以承受高电流。

4.3 热管理

• 通过NTC引脚连接外部热敏电阻，实现线圈过热保护。