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來(lái)源：Microchip 作者：Stephen Cui & Leo Wang 隨著(zhù)近年來(lái)手機無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的進(jìn)步, WPC 不斷優(yōu)化的無(wú)線(xiàn)充電標準（從Qi v1.2.4 到Qi v1.3），加上5G 網(wǎng)絡(luò )的普及，支持無(wú)線(xiàn)充電的智能手機出貨量持續拉高。根據Strategy Analytics 發(fā)布的最新研究報告，到 2021 年底，具備無(wú)線(xiàn)充電功能的智能手機市場(chǎng)存量將達到創(chuàng )紀錄的10億部，由圖一我們看到配備無(wú)線(xiàn)充電智能手機的銷(xiāo)量在亞太地區最為強勁——市場(chǎng)存量約占全球的49%，其中中國占了大半份額。與此同時(shí)，北美的市場(chǎng)存量占 21%，西歐僅占16%。 
圖一 數據來(lái)源：Strategy Analytics 受手機終端市場(chǎng)的推動(dòng)，應用場(chǎng)景的多元化驅使了手機無(wú)線(xiàn)充電向汽車(chē)領(lǐng)域的滲透，車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電也因此應運而生。目前國內幾乎所有新上市的電動(dòng)汽車(chē)都有支持 Qi®無(wú)線(xiàn)充電，傳統的燃油車(chē)配置無(wú)線(xiàn)充電也逐漸從高端車(chē)型過(guò)渡到中低端車(chē)型，很多 Tier1 反饋說(shuō)車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電極有可能成為今后汽車(chē)的一個(gè)標準件，由此看來(lái)車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電擁有廣闊地前景。那么中國的車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電在技術(shù)領(lǐng)域將來(lái)會(huì )呈現怎么的趨勢呢？下面筆者來(lái)談?wù)勛约旱南敕ǎ?br /> 大功率快充 首先國內市場(chǎng)的車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電將會(huì )支持大功率快充功能。無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟（WPC）在2021年8月發(fā)布了最新的Qi 1.3 標準規定了手機無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)送端最大功率為 15W，但是目前很多國產(chǎn)品牌的手機都可以支持更大功率的無(wú)線(xiàn)充電，比如小米的 MIX4支持50W 無(wú)線(xiàn)快充，榮耀的Magic 3Pro 配備了66W 的無(wú)線(xiàn)快充等等。而一輛配置 40/50W 的無(wú)線(xiàn)充電的汽車(chē)，半小時(shí)就可以幫你把手機從低于 10%的電量充到接近80%，這將會(huì )給客戶(hù)帶來(lái)極佳的用戶(hù)體驗。因為一般情況下，我們的單程駕駛時(shí)間通常不超過(guò) 1 小時(shí)，而在這段時(shí)間內，配置大功率的無(wú)線(xiàn)充電模塊幾乎可以將我們的手機電池充滿(mǎn)。因此，將來(lái)國內車(chē)廠(chǎng)對無(wú)線(xiàn)充電模塊的功能要求除了兼容Qi 1.2.4/Qi 1.3來(lái)支持蘋(píng)果和三星手機外，對國產(chǎn)手機必須支持大功率快充的功能。 以上主要是從需求端來(lái)分析的，從技術(shù)端來(lái)看，首先工信部在2021 年2 月發(fā)布《無(wú)線(xiàn)充電(電力傳輸)設備無(wú)線(xiàn)電管理暫行規定(征求意見(jiàn)稿)》，該規定為國內無(wú)線(xiàn)充電提供了技術(shù)標準，根據規定，目前我國手機無(wú)線(xiàn)充電最高功率為 50W。其次，國內大功率無(wú)線(xiàn)快充技術(shù)日趨成熟，整個(gè)無(wú)線(xiàn)快充供應鏈生態(tài)也日趨完善。目前國內的手機主要分為三大陣營(yíng)：華為系、小米系和OPPO系。其中，易沖跟華為系深度綁定，伏達跟小米是戰略合作， 也就是說(shuō)如果要對華為系手機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)快充，你要去找易沖尋求方案；如果要做小米系手機的無(wú)線(xiàn)快充，伏達是最優(yōu)的選擇。當然，無(wú)論是伏達還是易沖，他們都拿到OPPO 的私有協(xié)議，都可以對 OPPO 系手機提供快充方案�，F在伏達和易沖都有進(jìn)軍汽車(chē)領(lǐng)域，為汽車(chē)的 Tier1 提供無(wú)線(xiàn)快充的方案，所以無(wú)線(xiàn)快充在中國的汽車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)成熟了。 Autosar 和功能安全 第二個(gè)技術(shù)趨勢是Autosar 和功能安全。AUTOSAR 是AUTomotive Open Systems ARchitecture的縮寫(xiě)，核心成員由歐洲、美國等大型 OEM 和頭部Tier1 組成，包括大眾、寶馬、博世、大陸等。其意在定義一套標準的汽車(chē)電子軟件架構方案，以便應用于不同的平臺，提高軟件復用，降低開(kāi)發(fā)成本。AUTOSAR 提倡的軟件分層、模塊化、接口的標準化，有利于降低軟件的移植成本，提高軟件的復用度，方便項目的更新迭代。目前國內的整車(chē)廠(chǎng)絕大部分已經(jīng)開(kāi)始按照Autosar 的構架來(lái)開(kāi)發(fā)整車(chē)的軟件，一些核心的零部件也需要遵循 Autosar 的要求，所以車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電模塊將來(lái)也極有可能需要滿(mǎn)足 autosar 構架。當然了，如果無(wú)線(xiàn)充電模塊支持完整的autosar 構架會(huì )增加系統的成本，尤其是對主控 MCU 的flash 開(kāi)銷(xiāo)會(huì )大幅增加，所以很多 Tier1 可能會(huì )采用一個(gè)折中的方案也就是先支持部分的 Autosar, 比如CAN 的通信部分軟件先按照 Autosar 的標準來(lái)。 AUTOSAR 還是一個(gè)符合 ISO26262 功能安全標準的軟件架構，最近幾年功能安全的呼聲也越來(lái)越高了。如圖二， 在電動(dòng)汽車(chē)里，BMS 需要滿(mǎn)足ASIL-D 等級要求，headlight 需要滿(mǎn)足ASIL-B的功能安全等級需求。無(wú)線(xiàn)充電模塊跟行車(chē)的安全關(guān)系不大，所以對功能安全的要求應該不會(huì )太高，基本上ASIL-A/B就應該可以滿(mǎn)足整車(chē)廠(chǎng)的要求。跟 AUTOSAR 一樣，如果無(wú)線(xiàn)充電模塊需要滿(mǎn)足相應的功能安全等級要求，對系統成本，人力資源也會(huì )提出了不少額外的要求。由于現在國內的Tier1s 相當部分都是面向全球的車(chē)企，所以對于功能安全的支持通常是國外的項目會(huì )首先要求支持，然后過(guò)渡到國內的一些合資車(chē)廠(chǎng)（如上海大眾等），最后才會(huì )是本土的車(chē)廠(chǎng)。
數據來(lái)源：www.synopsys.com 圖二 NFC NFC 全稱(chēng)為Near Field Communication，是一種近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，使用該技術(shù)的設備可以在彼此靠近的情況下進(jìn)行數據交換。目前市面上的車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電模塊除了極個(gè)別的高端車(chē)型外，其余的基本不帶NFC 功能，但是這一局面很快就要改變。最初增加 NFC 功能的原因是為了防止無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)生的充電磁場(chǎng)損壞你帶有 NFC/RFID 功能的卡（比如銀行卡、公交卡或者門(mén)禁卡等），但由于增加了NFC 功能，導致客戶(hù)在軟硬件上又增加了額外的成本，所以很多車(chē)廠(chǎng)在作了一番利弊權衡 后，基本上都去掉了 NFC。但是隨著(zhù)越來(lái)越多的智能手機增加了 NFC 功能后，集成了NFC功能的無(wú)線(xiàn)充電模塊就會(huì )增加了 NFC 的應用范圍，從而獲得整車(chē)廠(chǎng)的青睞。NFC 感應功能可以用于手機與車(chē)機互聯(lián)時(shí)進(jìn)行用戶(hù)認證，還允許鎖定/解鎖車(chē)門(mén)并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機，當然NFC 還可以完成座椅、車(chē)內氛圍燈調節、后視鏡位置的個(gè)性化設置，極大地提升了用戶(hù)體驗。 最后，雙充或者多充也將成為將來(lái)的一個(gè)趨勢，目前 Tesla Model 3 已經(jīng)支持雙手機無(wú)線(xiàn)充電，可以預測國內的車(chē)廠(chǎng)應該很快也會(huì )跟進(jìn)，無(wú)線(xiàn)雙充／多充將會(huì )勢不可擋。 以上所述的技術(shù)趨勢對無(wú)線(xiàn)充電的方案提出了許多新的要求。 首先是大功率，tier1s 需要從手機廠(chǎng)拿到支持大功率充電的私有協(xié)議，然后把這個(gè)私有協(xié)議增加到現有的無(wú)線(xiàn)充電代碼中去，這就要求所選的方案能夠開(kāi)放源碼；其次關(guān)于功能安全和 Autosar，要求無(wú)線(xiàn)充電方案中主控MCU/DSC能夠提供支持功能安全（ISO26262）的開(kāi)發(fā)包，具體包括主控芯片的安全手冊，FMEDA報告和功能安全診斷性代碼庫；該芯片還必須支持 AUTOSAR, 可提供MCAL 驅動(dòng)庫，并且能夠提供512k~1M Flash 空間。而對于NFC 的支持，客戶(hù)除了在硬件上增加 NFC 芯片外，還需要在軟件上增加 NFC 的協(xié)議代碼。最后針對雙充或者多充，需要主控芯片具有強大的CPU 性能和外設功能，同時(shí)能夠支持多個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)處理，有些場(chǎng)合單核芯片可能滿(mǎn)足不了，需要雙核的芯片才能應對。 美國微芯科技（Microchip）的dsPIC33C 系列數字信號控制器（DSC）能夠很好地滿(mǎn)足車(chē)載Qi 無(wú)線(xiàn)充電應用的挑戰。它提供 100 MIPS 支持DSP 運算的CPU，CAN/CAN-FD 模塊, 280 ns 的高速ADC，250 ps 的數字電源專(zhuān)用PWM 模塊和15 ns 的片上高速模擬比較器以及 12bit DAC, 完全滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)充電對主控MCU 的需求，Microchip 可以提供開(kāi)源的無(wú)線(xiàn)充電方案， 客戶(hù)可以自行加入無(wú)線(xiàn)快充的私有協(xié)議來(lái)支持大功率充電，還可以加入 NFC軟件協(xié)議來(lái)支持NFC 功能；dsPIC33C 系列芯片最大Flash 容量可達1 MB，可提供兼容ASIL B/ASPICE L1 的MCAL 驅動(dòng)庫來(lái)支持Autosar 的開(kāi)發(fā);該系列還提供單核（CK）和雙核（CH）的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足客戶(hù)開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)雙充或多充的需求；最后dsPIC33C系列芯片可以提供完整的功能安全（ISO26262）開(kāi)發(fā)包, 包括安全手冊，FMEDA 報告，TUV認證過(guò)的ASIL-B/C 診斷性代碼庫和功能安全開(kāi)發(fā)的應用筆記等來(lái)支持客戶(hù)的功能安全開(kāi)發(fā)。 車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電的另一個(gè)挑戰是Qi 1.3 認證，客戶(hù)通常需要花費 3-6 個(gè)月的時(shí)間來(lái)完成認證。為了幫助客戶(hù)降低開(kāi)發(fā)成本，減少設計風(fēng)險和縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，Microchip 在之前推出的15W兼容Qi v1.2.4 規格的無(wú)線(xiàn)充電參考方案后，今年又推出了兼容最新Qi v1.3 標準的15W無(wú)線(xiàn)充電發(fā)送端參考設計，如圖三所示。
圖三 Microchip最新兼容Qi 1.3 標準的15W 多線(xiàn)圈無(wú)線(xiàn)充電發(fā)射端參考設計采用上述的dsPIC33C系列的數字信號控制器（DSC）為主控芯片，該 DSC 靈活的軟件架構可以支持可靠的異物檢測（FOD），并能使你的設計成為一個(gè)高效的解決方案，支持專(zhuān)有的快速充電和加密認證，以滿(mǎn)足Qi 1.3標準。在適當的條款和條件下，Microchip 可為您提供設計文件和軟件源代碼，以方便你設計時(shí)無(wú)縫連接，縮短開(kāi)發(fā)周期。 該方案的主控是dsPIC33C系列數字信號控制器, 該芯片的特點(diǎn)以及在本設計中的主要功能如下： 100 MIPS CPU 性能，Flash 容量從32K ~1 MB 可以提供單核（dsPIC33CK）和雙核（dsPIC33CH）的選擇 支持CAN/CAN-FD, 可以最多提供雙路CAN-FD 軟件支持Qi 1.2.4或 Qi 1.3 協(xié)議 軟件可支持四開(kāi)關(guān)buck/boost、CAN 通訊和加密認證等等 采用MPA13 拓撲構架來(lái)提升EMC/EMI 的性能 軟件方式實(shí)現數字解調來(lái)降低系統BOM 芯片通過(guò)AEC Q100 認證 支持兼容功能安全ISO26262 ASIL B/C 等級,提供功能安全開(kāi)發(fā)包 支持AUTOSAR,可提供兼容ASIL B/ASPICE L1 的 MCAL 驅動(dòng)庫 這款設計采用了很多Microchip的器件，包括dsPIC33CK256MP506 主控芯片、ATECC608／TA100 安全芯片，ATA6563 CAN 收發(fā)器以及其他一些MOSFET 驅動(dòng)芯片MIC4605/MCP14700 等等，Microchip 正在大力推廣15W Qi 無(wú)線(xiàn)充電的完整系統解決方案，如果你對Microchip 的無(wú)線(xiàn)充電方案感興趣，還可以訪(fǎng)問(wèn)以下網(wǎng)址： https://www.microchip.com/en-us/ ... ersion/intelligent- power/wireless-power |
