前言

意法半導體（ST）具備從低功率至高功率完整的無線充電PTx和RTx方案。可以滿足不同功率段無線充電的需求。本次演講將介紹意法半導體無線充電Tx端至Rx端如何在實際項目中設計導入，并介紹無線充電設計過程中需要注意的事項。幫助用戶了解如何采用意法半導體的無線充電方案，更快，更有效地實現系統應用。

本次演講的嘉賓是意法半導體（ST）深圳無線充電與技術管理的技術市場經理章正平。主題為ST無線充電設計指南。如何在實際量產的項目中設計意法半導體的無線充電方案。

以上是本次演講的目錄。首先是意法半導體的無線充電介紹，其次是無線充電的設計流程，再者是無線充電設計的準備工作，第四是無線充電設計的系統，第五是基于Rx 端STWLC38的產品，第六是基于Tx 端STWBC86的產品，第七是意法半導體如何支持Qi的認證，最后一個是意法半導體在無線充電的領先優勢。

意法半導體（ST）集團作為世界最大的半導體公司之一，也是世界領先的提供半導體解決方案的公司，意法半導體致力于為客戶提供高品質的產品，幫助客戶在系統應用端進行產品創新，擁有超過9000名技術研發人員，超過19500+技術創新專利，擁有80余家辦事處和分公司，為全球超過200000+客戶提供完善的技術服務，擁有14家生產制造中心。聯合國全球契約（UNGC）簽署國，責任商業聯盟（RBA）成員。

意法半導體致力于為客戶提供最高效率的全套解決方案，也致力于實現綠色可持續發展的愿景。意法半導體可以提供無線發射的接受端和發射端的全套解決方案。

基于Qi標準下的TX、RX端解決方案，主要關注的是15~30W、30~70W、70~100W范圍的解決方案，因為國際上暫時沒有統一的標準，廠商可以在這個區間范圍內設計出屬于自己的私有協議。其中30W以內的主要是消費類電子采用，30~70W主要是旗艦類的消費類電子產品，例如高端手機、筆記本電腦、平板等，涵蓋工業與醫療領域的采用，70~100W主要是涵蓋工業機器人、電動工具、醫療器械等領域應用。以上產品推薦作為新的無線充電系統設計使用，產品的最終參數可能因最終應用和其他因素而異，攜帶（BPP）或（EPP）認證的需要進行 Qi 1.3標準認證鑒定。

基于TX、RX的設計流程，確定輸出、輸入電壓后，確定整個無線充電的相關參數，基于以上參數和產品結構，進行產品仿真測試，測試通過后進行TX、RX端的原理圖設計，接著對原理圖設計進行審核，完成PCB和PCBA設計后，分別對TX、RX端進行軟件優化，最后進行小批量生產，對硬件和軟件進行優化，完成量產前的工作后，即可開始量產。

右邊是以市面上流行的智能手表為案例，在產品矩陣圖中，通過對應的功率段進行選擇，根據產品的充電功率、充電距離、RX、TX的需求進行選擇。

STWBC86JR和STWLC38JR在USB-I2C轉換工具的應用案例，下方采用STWBC86JR打造而成，TX端的輸入端通過12V DC或者USB 5V進行供電，上方RX端是STWLC38JR打造而成的，該方案的TX和RX端運行數據均可以通過GUI來進行讀取。

STWLC38是一款集成式無線電源接收器，適用于可穿戴/耳戴式和智能手機應用，可提供高達 15 W 的輸出功率。該芯片支持感應通信協議、5W 和 15W 擴展功率的 Qi 1.3標準，最高工作頻率可達800Khz，內置Arm 32-bit CortexTM-MO+ core up to 64MHz，32kB restive RAM (RRAM)，擁有非常高的集成度，保護功能非常完善。

STWLC38可以滿足輕載或者空載功耗的要求，在環境溫度為25.6°C情況下進行輕載，溫度最高為30.9°C，在5W的滿載情況下最高溫度是38.6度，溫升表現優秀。STWLC38自帶ARC功能，可選擇打開或者關閉該功能，在打開后可以擴展RX與TX的接觸距離，實測打開ARC功能后，無線充接收范圍可增加50%。

TX端的STWBC86JR是一款高度集成的單片式無線電源發射器解決方案，適用于高達 15W 的應用。由于集成了低阻抗全橋/半橋逆變器，所以該方案的外圍電器較少，同時實現高效率和低功耗。支持I2C 接口，允許自定義固件和平臺參數，并且可以使用嵌入式 FTP 配置設備。該芯片非常適合低功率緊湊需求的產品應用。

線圈的設計，以STWLC38和STWBC86 為例子，RX端和TX端的線圈設計均為內徑25mm，外徑31mm，線圈為13扎，RX端電感量為20uH，TX端電感量為6.3uH。通過建模仿真建立的TX、RX端系統模型。

建模仿真中的因素，整個TX、RX線圈間耦合的因素，負載的變化，影響系統的運行，因此，需要進行系統的優化和調節，改善低功耗的轉換效率的表現。

基于整個系統制作的磁場感應強度云圖，根據磁場感應強度云圖的分布進行磁場矢量分布的分析，基于分布的情況，通過系統掃描得到的參數，包括TX、RX的感量變化，系統的K值變化，最后查看Z軸變化導致的磁場分布變化。所以系統仿真是整個無線充系統設計的至關重要的一環。

STWLC38基于5W產品的典型電路圖，可以看到外圍較為精簡，設計較為簡潔。在開發無線充時候，原理圖的重要性不言而喻。

以上是STWLC38的PCB板設計示例圖，遵循小信號器件與大信號器件隔離開，避免小信號器件被大信號器件干擾，導致系統工作狀態穩定性發生變化。

STWBC86得益于其該產品的高集成度，IC外圍較為簡潔，ASK解碼滿足TX和RX進行解碼工作，因為產品有不同的應用需求，所以可以加入LED顯示的設計。

STWBC86的PCB設計圖，同樣采用小信號器件與大信號器件隔離開的設計方式，ASK也是同樣原理，減少大功率回路或者地線、小信號的干擾。I2C是為了方便調試增加的，在實際產品應用中不需要該部分電路。

STWBC86在進行RX、TX端的數據檢測時候，可通過PC端安裝STCHARGE Wireless power Studio系統工具來進行數據檢測，讀取檢測相關的參數，TX、RX端均可通過GUI來進行簡單檢測。通過意法半導體開發的軟件，可以靈活的調整和優化無線充方案，縮短產品的開發周期，滿足各種定制化需求。

基本的基站包含一個或多個發射器，發射器是為了提供功率傳輸給接收端。移動設備含一個接收端，會給系統（例如電池）接收端提供供電，接收器會提供一個控制的信號給發射器。

無線充電器的工作分為4個階段，第一個起始階段，發射端首先會發射信號進行檢測，檢測是否表面存在異物，接著接收端會等待發射端的信號。第二個階段是接收端接收到發射端的信號后，就會與發射端進行通訊，發出控制信號反饋給TX端。第三個階段是進行身份識別與參數確認的階段，所以接收端會通過通訊識別發射端的身份，然后向對應的接收端提供功率信息，發射端得到相應指令后發射出相應的功率。第四個階段是功率傳輸的最后階段，接收端把相應的數據給到發射端，發射端就會調整整個功率傳輸。

意法半導體的Qi 認證包含符合性、兼容性的測試，符合性測試會包含Qi最新的標準和規范，通過硬件和軟件上的調試來達到符合性，兼容性的測試主要在WPC規定的實驗室內進行完成配套的TX、RX端兼容性測試，主要測試設備包含Nok9 CATS Il。

WPC的Qi標準認證測試由Qi 1.2.4標準轉變為Qi 1.3標準，主要區別是Qi 1.2.4測試項為115項，而Qi 1.3測試項為677項，且Qi 1.3加入了身份識別功能，有效保證無線充設備的安全性。右上角是Qi 1.3的一個測試報告示例，測試中可以根據不同線圈進行匹配測試，完成符合性測試，達到WPC最新規范的測試。

意法半導體無線充電的優勢。涵蓋無線充電1~100W功率段范圍，涵蓋范圍非常廣。可以提供RX和TX全套的解決方案。意法半導體提供的整套方案可以滿足行業內對于效率的要求，同時意法半導體也在追求產品的不斷創新。意法半導體的方案集成度非常高，有效減少外圍元器件，廠商可以減少成本的時候。意法半導體擁有完善的演示版生態系統、設計指南、軟件工具，廠商可以有效縮短產品的開發時間。意法半導體支持線圈的定制，區別于傳統的設計，讓產品的磁場分布更加穩定。意法半導體的產品擁有7年的生命周期保障，避免廠商產品的周期壽命短的問題。

意法半導體在4個方面指導用戶整個無線充電的設計工作，避免產生不必要的麻煩，包括系統的仿真、意法半導體自帶的實驗室、EVK測試、意法半導體自有的GUI工具，幫助廠商進行Qi的相關認證和進行無線開發的研究。

線圈的仿真測試是無線充開發的重要一環，在設計之初和設計過程中，TX、RX端線圈如何計算是非常關鍵的，意法半導體可以提供相關的技術支持，整個理論支撐對于系統的應用也是非常關鍵的，通過理論結合實際來幫助用戶解決相關的問題。

意法半導體在大功率無線充電也有相應的優勢，例如50W的發射方案是基于STWBC2-HP完成的，STWBC2-HP甚至可以打造100W的無線充TX端發射方案，且方案非常簡潔，線圈設計比較緊湊，相應的100W的RX端方案可以通過單顆STWLC99來完成，對于功率需求稍低的可通過70W的STWLC98方案來實現。

意法半導體的無線充解決方案可以幫助用戶更快實現大功率無線充電，并有助于改善無線充的充電環境和用戶體驗。同時意法半導體的方案自帶諸多安全功能的設計，保障無線充的安全。

以上是意法半導體最新的電路技術原理圖，從圖中可以看到應用了意法半導體的高帶寬通訊的產品ST60A3。右邊是實物圖，更加直觀的查看其工作狀態和原理，通過無線充可以打開RX端的U盤，查看里面的圖片文件或視頻文件，最大可以達到60M/S的帶寬，也是業內領先的帶數據無線充解決方案。

充電頭網總結

本次演講圍繞意法半導體的無線充電設計指南開展，從無線充電的介紹開始，依次是無線充電的設計流程和準備工作，最后是無線充電的整體設計，以及意法半導體基于Rx 端STWLC38和Tx 端STWBC86提出的無線充解決方案，闡釋意法半導體的產品是如何支持Qi的認證，以及在無線充電領域的優勢。為了滿足不同廠商的要求意法半導體開發出了1~100W功率段完整的RX和TX端解決方案，幫助廠商快速設計出需要的無線充產品和縮短產品的開發時間，同時賦予產品更多安全、高效、低能耗等屬性。

意法半導體的高帶寬通訊的產品ST60A3，是意法半導體在業內領先的帶數據無線充解決方案。由于是通過無線傳輸來完成數據的交換和讀取，沒有采用傳統的金屬觸點來進行連接，所以無需引腳進行精確對準，能夠承受更惡劣的環境運行，例如沙塵、水、霧等環境。意法半導體開發的ST60A3通過低功耗、高速、高可靠的無線連接，解決了大部分智能設備從固態中讀取、傳輸數據需要接觸式連接器的問題。