隨著智能電子產品的發展，人們對其依賴性越來越高。然而雜亂的充電線時常會讓消費者感到頭疼，頻繁插拔線材也會對接口造成一定損傷。于是，越來越多的電子設備開始采用無線充電的方式充電，車載無線充電發射機也顯得越來越必不可少。

作為領先的無線充電整體方案核心供應商，NXP在充分理解不同客戶需求的基礎上，提供了多種性能優化的車載無線充電解決方案，致力于為用戶提供更好的無線充電體驗。

下面以NXP車載15W的無線充電方案WCT-15WAUTO13為例，讓我們一起來看一看NXP車載無線充電的一站式無線充電解決方案。

無線充電解決方案

NXP WCT-15WAUTO13是基于NXP車規級無線充電發射控制器MWCT2013AVLH，專為汽車無線充電應用設計的15W多線圈發射機。MWCT2013AVLH集成了無線充電“Qi”協議的所有功能，同時考慮到了車輛復雜的運行環境，做了針對性的優化處理，以實現安全高效的無線充電功率傳輸，提供了高性能的無線充電系統。

首先來看看15W多線圈發射機WCT-15WAUTO13，如圖所示:

圖1 參考組件

系統組成

WCT-15WAUTO13外表看上去很樸實，內部結構卻是很豐富的。下面通過系統框圖介紹一下NXP 15W多線圈發射機系統的組成部分。

圖2 系統框圖

整個系統大致可以分為檢測、功率調節和傳輸、充電控制這幾個部分。

圖3 汽車無線充電器WCT-15WAUTO13的案例電路板

圖中標注出了通信、充電控制、檢測、功率調節和傳輸等部分。在MP-A13拓撲中，由于PI 濾波器，有更好的EMC性能，可在車載環境大功率無線充電場景中發揮更大效能。

對整個無線充電裝置有了大致的了解之后，我們再來看看NXP多線圈發射機都有哪些優秀的特性。

符合無線充電聯盟WPC Qi V2.0版本規范

MP-A13拓撲，優化的EMC表現

支持多線圈（最多10線圈），增大有效充電面積

支持電壓調節、頻率調節等不同調節方式

支持Qi擴展功率配置接收機，輸出功率15W，支持根據客戶定制更高輸出功率

優化的信號解調和異物檢測

友好的FreeMASTER GUI工具，便于客戶調試以及測試

到這里并沒有結束哦，我們再來介紹一下板載芯片究竟是何方神圣。

NXP第二代無線充電發射機模擬集成電路進行了外設更新和功耗優化。MWCT2013A提供完整的控制器功能，在汽車環境中實現無線充電，認證最新WPC Qi V2.0以及未來具有新特性的所有版本規范。為了最大限度地提高設計自由度和產品差異化，該系列支持在汽車功率變換器設計中使用固定運行頻率控制方法，如軌電壓控制、移相控制或占空比控制。具有以下特性：

符合最新版本WPC Qi V2.0版本規范

支持發射機寬直流輸入電壓范圍5V ~ 48V

集成數字解調

系統支持超低功耗待機模式

優化充電區域，靈活的線圈數量，避免每個通道的盲點

支持運行頻率抖動技術，消除AM波段干擾，改善EMC

CAN-FD / I2C / SCI / SPI接口

過電壓/電流/溫度保護

符合AEC-Q100，PPAP

系統軟件與功能

在軟件方面，NXP車載多線圈無線充電解決方案提供完備的軟件庫，在芯片及相關的硬件的基礎上，高效安全地實現整個無線充電過程。下面將對軟件進行總體說明，并對于其中的部分模塊和工具進行介紹。

無線充電軟件架構

圖4 WCT庫軟件層

WCT庫以二進制格式提供，而應用程序和電路板支持包（BSP）則以源格式提供，

WCT庫中的主要模塊包括：

?WCT狀態機

?接收器檢測與喚醒

?線圈選擇

?Qi通訊模塊

?PID功率傳輸控制

?基于功率損耗和Q值的異物檢測

?快速接收端移除檢測

WCT庫API和WCT硬件抽象層（HAL）API以源格式公開，主要功能如下，

?庫版本檢索

?庫初始化

?庫主錄入功能

?諸如Qi通訊中的回調函數

?線圈相關的HAL

?電壓、電流感應HAL

?啟用/禁用中斷HAL

快充支持

可根據客戶定制化要求支持更高的傳輸功率，完美支持市面上多種型號手機，功率傳輸可以達到40W~50W，支持通過協議握手，使手機進入快充模式，傳輸實例如圖所示。

為了保證系統安全運行，防止金屬性質的異物位于無線充電作用范圍內導致高溫損壞設備，NXP無線充電解決方案提供優化的異物檢測功能。這是怎樣實現的呢，我們再來補充介紹一下。

異物檢測

目前在無線充電過程中，有三個階段的異物檢測FOD(Foreign Object Detection)，分別應用了兩種異物檢測方法。

Qi協議將無線充電過程劃分為了四個階段，分別是Ping，Configuration，Negotiation，Power Transfer階段，起到外物檢測、身份確認、協議建立、功率傳輸的作用，發射機有BPP(Basic Power Profile)、EPP(Extended Power Profile)兩種類型。EPP類型具有由發射機向接收器的交流、Authentication等擴展協議中的功能，而BPP類型不具有Negotiation階段，因此沒有這些功能。

Pre-FOD發生在Ping階段輔助外物檢測，通過Q值檢測的方式，確認當前在無線充電作用域內是否有金屬等異物，避免異物被加熱升溫損壞設備。

Pre-powertransfer FOD在Negotiation階段，通過Q值檢測的方式，將通過接收器發送的信息對FOD相關的數據進行進一步的校準，達成更好的異物檢測效果。

在啟動向接收器的功率傳輸之前，發射機可以使用多種方法來檢測異物。一種方法是分析其儲能電路的Q值和諧振頻率的變化，即Q值檢測的方式。發射機線圈環境中的金屬異物通常會導致其電感減小或其等效串聯電阻增加。這兩種效應都會導致發射機諧振回路的Q值降低。同時，發射機諧振回路的諧振頻率也相應增加。接收器應發送包含參考Q值和參考諧振頻率的數據包供發射機比較并確定異物是否存在。

自由諧振Q值檢測是通過檢測諧振信號的衰減率，Q值的檢測信號如圖6所示。為了得到系統的Q值，注入適當能量使LC振蕩回路起振，采集諧振電壓（或線圈電流）的ADC數據，可以得到信號的衰減曲線，從而可以計算得到衰減率。以圖7所示為例，當需要采集Q值時，會使能PWM產生脈沖，從而在紅色虛線圈，即串聯諧振電容Cser、并聯諧振電容Cpar和線圈Lp所在的回路，產生自由振蕩，得到線圈的Q值。

由于其設計與參考線圈組件的設計不同，發射機需要將測量的Q值和諧振頻率轉換為參考線圈組件的Q值和諧振頻率，NXP提供了轉換方法，即自動校準功能。刷新軟件后第一次上電時，發射機會進行自動校準并獲取參數，然后將這些參數寫入Flash。

圖6 諧振信號示意圖

圖7 Q值檢測示意圖

圖8 Q值閾值示例

In-power transferFOD發生在功率傳輸的過程中，如果存在異物，會導致功率損耗會相應增加，可以基于功率損耗方法檢測異物。

功率損耗定義為發射功率PPT和接收功率PPR之間的差值，即PLOSS=PPT-PPR，可以理解為異物的功率吸收，如圖9所示。

功率損耗基線的方程式為PLOSS=PPT-PPR。發射功率PPT表示由于發射機的磁場而離開發射機的功率，PPT=Pin-PPTloss，其中Pin表示發射機的輸入功率，可以通過采樣輸入電壓和輸入電流來測量。PPTloss是發射機內部耗散的功率，可以通過線圈電流來估計。接收功率PPR表示由于發射機的磁場而在接收器內耗散的功率量，并且PPR＝Pout+PPRloss。功率Pout由接收器的輸出端提供，PPRloss是接收器內部損失的功率。

當NXP WCT-15WAUTO13向BPP接收器充電時，將應用功率損耗基線。發射機連續監測PLOSS，如果它多次超過閾值，則發射機終止功率傳輸。如果是EPP接收器，將首先測量Q值和諧振頻率，以檢測是否存在異物。如果存在，發射機將向接收器發送數據包告知異物可能存在于充電作用區域中，并通過發送用于特定數據包等待接收器在BPP模式下工作。如果不存在異物，發射機可以在功率傳輸階段進行在線校準，利用功率損耗來檢測在功率傳輸期間是否出現了異物。

圖9 功率損耗說明

FreeMASTER GUI TOOL

除了無線充電發射機本身，NXP還提供了配套的圖形界面開發與測試工具及軟件，方便用戶調試與開發。下面就來具體介紹一下。

FreeMASTER是一種用戶友好型實時調試監視器和數據可視化工具。FreeMASTER支持對正在運行的系統上進行非侵入式變量監視，允許以圖形表示和準確數值等方式實時監控變量數據及其變化，并支持從軟件界面中直接修改相關的變量供調試。為方便用戶調試相關參數，NXP無線充電解決方案提供設置完好的FreeMASTER。除了基本面板顯示，還提供了詳盡的參數顯示及其變化，供用戶觀察。

圖10 FreeMASTER狀態顯示

圖11 FreeMASTER運行狀態顯示

圖12 FreeMASTER參數顯示

小結

NXP 15W多線圈發射機WCT-15WAUTO13用于基于NXPMWCT2xx3A控制器IC系列的車載無線充電應用。系統支持40W功率傳輸，滿足所有定制的快速充電要求。該平臺使用汽車級組件和其他重要的汽車功能，包括EMC優化、安全功能和具有靈活應用程序的MISRA C合規軟件，以確保系統可以無縫集成。

除此之外，另有多種使用不同芯片、支持不同平臺的解決方案，可為不同客戶定制不同的特性。歡迎大家深入了解和使用NXP車載無線充電解決方案。

審核編輯：湯梓紅