近年來，無線通信市場發展日新月異，各種新興的電子產品層出不窮，不斷方便我們的日常生活。作為全球領先的高性能、高能效半導體方案供應商，安森美半導體憑借廣博的技術專長及微型化封裝優勢，以智能手機、逾1,000萬像素的高分辨率拍照、大功率要求、快速充電及無線充電、LTE等領域為通信市場增長動力，為智能手機、平板電腦、可穿戴設備等無線及便攜式應用提供寬廣陣容的產品及方案，包括用于拍照模塊的圖像傳感器、自動對焦和光學影像穩定方案、電源和電池管理(包括智能有線及無線充電)、RF調諧、ESD保護、共模濾波器、EEPROM等等，持續推動無線及便攜市場的高能效創新。

 

無線充電市場趨勢

對于所有需要電池的便攜式產品，無線充電無疑是一大令人興奮的新技術，可以擺脫充電器和線纜的束縛，隨時隨地進行充電。

 

早期的手機有線充電器規格為5 V/1 A，隨著智能手機、平板電腦的興起，以及這類便攜產品更快的應用程序處理器、更快的無線上網速度、更大的屏幕及更大容量電池的發展趨勢，充電器也逐漸演進至3種充電方案：1）智能充電器，規格為5-12 V/1-4 A，能效視乎智能手機廠商與墻插式適配器制造商的設計。2）移動電源On-the-Go(OTG)或一般稱為充電寶，能效視乎設計。3）無線充電。

 

無線充電技術于2015年開始加速發展，當前已有智能手機廠商為手機添加無線充電模塊，以增強其產品競爭優勢，但只限于第一代的緊耦合技術。無線充電除了緊耦合方案，還有松耦合，以及兼容緊耦合和松耦合的多模方案。

 

無線充電的愿景，是無論何時何地，無需配對或兼容的插座和線纜就可對電子設備進行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應無線充電技術在實現此一愿景方面有很大局限性：必須將設備置于充電墊上并對準精確的位置，其充電范圍有限且不能同時為多個設備充電，也不能在金屬附近使用。緊耦合技術采用100至200 kHz的頻率范圍，而金屬在圍有此范較高的熱感應，所以在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無法使用緊耦合方案進行無線充電，否則將構成安全隱患。

基于松耦合或磁共振或品牌稱為Rezence的下一代的無線充電技術是基于空間自由的概念，擴展無線電源應用“超越充電墊”和配件市場至幾乎任一移動電子設備或表面，采用6.78 MHz頻率，不僅克服上述緊耦合技術的局限性，而且通過使用現有藍牙智能技術，較大限度地降低對制造商的硬件要求，也令將來實現智能充電區成為可能，使得無論是在家里還是在公共場所，都可將多臺無線及便攜設備自由地放置到任意表面隨時隨地進行充電，從而形成無線充電生態圈。這是因為在這些表面下安裝有無線功率發射器，電力傳輸會根據發射器功率級別(Class)和相應的接收器功率類別(Category)及需要充電的設備數量而進行。例如，級別為3的發射器可傳輸16 W的功率，而智能手機的接收器類別為3即6.5 W，那么它可同時為2臺智能手機充電。由于能同時為多個不同功率要求的設備充電，松耦合無線充電技術將是實現物聯網的重要組成部分。

 

圖1. 松耦合 比較 緊耦合

今年6月，電力事業聯盟(PMA)和無線電力聯盟Alliance for Wireless Power (A4WP)合并，合并后的聯盟較近正式宣布更名為AirFuel Alliance，將致力整合緊耦合和基于Rezence的松耦合技術，開始是實現多模無線充電，即磁感應和磁共振并存一段時間，但較終會朝向松耦合發展，并預計會成為無線充電的標準，也會為世界大部分的市場所采納。AirFuel Alliance擁有全球科技品牌、供應鏈和市場領導者組成的超過195家公司成員，如高通、三星、聯想及安森美半導體等，且其在產業的勢頭還在迅猛擴增。值得一提的是，安森美半導體的應用產品部執行副總裁兼總經理高騰博(Bob KIosterboer) 代表公司出任董事會。

 

標準的統一是無線充電得以大量普及的重要因素。AirFuel Alliance已發布Rezence基本系統標準(BSS) 1.2.1標準，并與中國通訊標準化協會（CCSA）、日本橫須賀研究園寬帶無線論壇（BWF）和韓國電訊技術協會（TTA）簽署了合作協議，旨在采納該較新標準作為各自獨立管理的國家無線電力傳輸技術標準元素。此外，藍牙技術聯盟(SIG)也已發布包含Rezence無線充電標準的藍牙低能耗(BLE)配置檔。美國已通過首個松耦合無線充電的發射器，預計采用松耦合的終端電子設備將于今年底或2016年初面世。相信配置發射器和接收器的基礎設施就緒，松耦合的發展指日可待。

 

安森美半導體的無線充電方案

 

安森美半導體持續致力于推動高能效創新，作為AirFuel Alliance的董事會成員，一直積極配合市場趨勢推動Rezence標準，開發出一系列產品和方案以支持無線充電應用工作于6.78 MHz，包括發射端的電源管理單元(高達50 W)、接收端用于智能手機的4-20 V整流橋、4-12 V電池充電器、100 V USB防浪涌OVP 、接收端用于非智能手機的1-20 V整流橋、4-12 V電池充電器等等。

 

圖2. 安森美半導體松耦合無線電力系統產品陣容(綠色方框)

為滿足多臺設備同時進行無線充電的不同功率級別并優化電源能效，安森美半導體積極開發動態功率調諧方案，可根據不同終端設備的不同功率要求進行動態功率調諧，保護低功率設備免受損傷，并優化無線充電發射器和接收器之間的電源傳輸能效。

 

隨著全球LTE智能手機的激增， RF復雜度日增，再加上智能手機的物理設計越來越傾向于更大屏幕區、更纖薄、全金屬外殼，智能手機需要優化技術以適應持續增加的頻譜分配方案和載波聚合的可能性，通過RF調諧以確保天線在所有頻帶上保持高能效。安森美半導體提供不同的RF調諧方案，能優化每個需充電設備的功率所需，使發射器如基站般，調諧發射器的功率，達到較佳接收，進行充電，避免因功率過載而燒毀設備。如手機只需5 W，便只供5 W功率充電。

 

在整流方面，安森美半導體目前提供符合Rezence標準的6.78 MHz快速開關整流器NSR1030QMU和NSR2030QMU的樣品，具超低正向導通壓降Vf，能承受30 V的反向電壓VR，額定正向電流IF分別為1 A和2 A，采用UDFN封裝，適用于空間受限的產品應用。

 

又如安森美半導體的開關電池充電器NCP185x系列，充電電壓范圍3.3 V-4.5 V，支持反向USB OTG和快充模式，集成過壓閉鎖和過壓保護功能，采用CSP封裝，關鍵特性及參數如下表所示。

 

表1. NCP185x系列關鍵特性及參數概覽

此外，安森美半導體的無線充電前端接收器電源管理單元(PMU)，以高達99%的傳輸能效預擴展無線能量，為移動無線充電生態系統提供系統遙測和所需保護，通過I2C可編程的平臺擴展靈活性，并集成一系列保護機制；電源多路切換開關可為單輸入電池充電器提供2個不同的充電輸入；無線充電發射器PMU為6.78 MHz電力發射單元提供電源、監測和所需的支持功能，并耦合到藍牙信號協議(BLE)，有助于通過電力傳輸管理來調節和優化施加到發射線圈的電力；為提升可靠性，安森美半導體還提供ESD保護器、EMI濾波器及高浪涌TVS保護器。

 

雖然無線充電可能比不上有線充電能效高，但提供了巨大的方便性和靈活性，將成為未來趨勢。除了智能手機，平板電腦、可穿戴設備、筆記本電腦、媒體播放器、數碼相機、無線耳機、電腦周邊產品、小型家電、助聽器等移動設備廠商也都將推出支持無線充電的產品。無線充電技術還將有助于突破電動車充電瓶頸，推進汽車電氣化的發展趨勢。預計到2020年，整合無線充電功能的設備將達18億臺。而隨著標準的逐步統一，松耦合技術將得以大規模普及應用。據美國市調公司IHS預測，到2017年，松耦合技術料將成為主流無線充電技術。

 

圖3. 支持無線充電的設備出貨量

 

結語

基于松耦合的Rezence下一代無線充電技術，將成為打造未來無處不在的無線充電世界的主流技術，以方便各類設備的供電，從智能手機及可穿戴設備至平板電腦、筆記本電腦、助聽器、電動工具等等。無線充電技術行業領導者AirFuel Alliance將致力推動從傳統的墻插式充電到全面采用無線充電生態系統的重大轉變。安森美半導體基于在無線和便攜式設備市場的廣闊技術和無引腳微型封裝優勢，以世界一流的供應鏈，服務于需求量大、要求產品快速上市的無線設備市場。作為AirFuel Alliance的董事會成員，安森美半導體引領松耦合無線充電市場，提供用于松耦合無線充電市場的電源管理器件和自適應功率調諧發射和接收器件等一系列高能效關鍵元件，推動無線充電的發展，促成無處不在的無線充電世界。