近年來無線充電技術快速發展，使得其被廣泛應用到生活和汽車領域。在新上市的汽車中無線充電模塊幾乎成為了標配。而伴隨著它的廣泛使用，也逐漸暴露了目前無線充電技術的一些不足。例如，手機放置位置的不同對充電性能影響較大，放置在邊緣時充電速度較慢等，這些都影響了用戶的體驗。

為了更好地提高用戶的充電體驗，WPC聯盟在2023年推出了最新的Qi2.0標準，加入了MPP (Magnetic PowerProfile) 磁吸無線充電技術，該技術使用磁吸定位，使得手機可以一直保持在最優的充電位置，提高充電效率。

作為WPC聯盟核心成員和全球領先的無線充電方案供應商，恩智浦推出了MPP磁吸無線充電方案，致力于為用戶提供更好的無線充電體驗。

恩智浦的磁吸無線充電方案是基于MWCT2xx2A系列芯片開發而成。MWCT2xx2A系列集成了無線充電“Qi2”協議的所有功能，它包含車規級和非車規級，可適用于各種場合的應用。同時該系列中的MWCT20D2A和MWCT20D2集成了片上加密模塊，方便用于鑒權認證，無需增加額外加密芯片，節約成本。

下面讓我們一起來看一看NXP磁吸無線充電的一站式解決方案。

系統介紹

01系統框圖

MPP TX系統框圖如下：

圖1:MPP系統框圖（Qi2.0規格書）

可以看出MPP系統的工作頻率有了較大變化，工作頻率擴展到360kHz，恩智浦基于上述框圖結構，設計了自己的15W磁吸方案，系統結構框圖如下：

圖2：NXP方案系統框圖

整個系統大致可以分為DC-DC輸入電壓控制，功率傳輸，DDM信號解調和采樣檢測保護這幾個部分。

02系統兼容性

恩智浦磁吸方案除了支持MPP，還兼容BPP，同時支持擴展功率協議(EPP)。

圖3：各協議兼容性（Qi2.0規格書）

除了兼容不同的功率協議，恩智浦方案還支持不同的工作狀態，比如手機在帶殼的狀態下，會影響磁吸附力，導致放置手機略偏移最佳工作點。為此，恩智浦磁吸方案中還包含了基于系統耦合系數，去切換不同的諧振參數的算法，使得系統工作在當前最優狀態。

圖4：諧振電路開關切換配置（Qi2.0規格書）

NXP方案有以下優勢：

符合無線充電聯盟WPC Qi2版本規范

集成的基于K值的諧振電容切換邏輯

磁吸定位，始終保持線圈對齊，效率高

支持市面上符合Qi2標準的磁吸手機，充電功率高達15W，支持擴展到更高功率等級

支持電壓調節、頻率調節等不同調節方式

優化的數字信號解調和異物檢測

支持OVP，OCP，OTP等多功能保護，確保系統安全

友好的FreeMASTER GUI工具，便于客戶調試

系統軟件

在軟件方面，恩智浦磁吸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。

01無線充電軟件庫架構

軟件框架如下圖：

Application：外部應用程序層；

WCT Library API：軟件庫的接口程序層；

Library：無線充電軟件庫函數，包括狀態機，協議控制，DDM算法等；

WCT Interface API/HAL: 應用程序接口/硬件抽象層，客戶可在該層進行參數配置等；

BSP（Board Service Package）：包含底層外設驅動等。

圖5：NXP無線充電軟件庫框架

02MPP系統狀態機流程

MPP系統支持兩種工作方式：

Restricted Mode：該模式支持5W功率等級，并且支持轉向Full mode。

Full Mode：支持雙向通訊并且可協商到更高功率等級。

03兩種模式的協議流程

MPP Restricted Mode

圖6：MPP RestrictedMode協議流程圖

（Qi2.0規格書）

恩智浦方案提供串口打印log功能，可以方便用戶查看整個系統的工作流程和狀態，MPPRestricted Mode實測線圈電流波形見下圖：

圖7：MPP RestrictedMode實測線圈電流

MPP Full Mode

Full Mode 相比較于restricted Mode多了協商階段（negotiation），可擴展到更高的功率等級。

圖8：MPP Full Mode協議流程圖（Qi2.0規格書）

MPP Full Mode實測線圈電流波形見下圖：

圖9：MPP Full Mode實測線圈電流（128kHz）

圖10：MPP Full Mode實測線圈電流（360kHz）

更詳細的協議細節客戶可參考Qi最新的規格書。

無線充電策略

01幅值調制信號（ASK）數字解調

恩智浦方案針對RX發送過來ASK，采用數字解調（DDM）方式，硬件上僅需要RC網絡進行采樣，采樣信號送至MCU，MCU中執行DDM算法即可完成解調。該方案硬件實現簡單，成本低廉，而軟件上恩智浦開發了一套成熟的DDM算法，極大節約客戶開發周期。 DDM硬件實現框圖如下：

圖11：DDM硬件電路框架

DDM實測的采樣波形如下：

圖12：DDM實測波形圖

02異物檢測

恩智浦方案根據充電階段的不同提供兩種常見的異物檢測方法。

一種是在充電傳輸前（Pre-power），通過檢測發射器線圈的Q值的變化來判斷，當有異物在發射器上，會導致Q值的減小。硬件電路實現和DDM一樣，僅RC參數有變化。

圖13：Q值檢測硬件電路框架

Q值測試波形如下，通過計算波形的衰減率得到初始Q值，然后再經過轉化得到標準Q值。NXP軟件庫中包含了完整的Q值檢測算法，除此之外，為了保證Q值的可靠性，NXP方案中同時還提供了Q值的溫度補償算法，為客戶的產品開發提供全面的技術支持。

圖14：Q值檢測實測波形

另一種是在充電傳輸過程（In-power），該方法稱為MPP PowerLoss Accounting（MPLA），是基于實際物理模型，通過雙向通訊將功率損耗計算參數帶入到模型進行計算，和之前的EPP協議相比，省去了在線校準階段。而模型中有一項電路損耗（Pcircuit loss）需要用戶自行估算，恩智浦提供了方便的FreeMASTER上位機工具，連接發射器就可以方便進行損耗估算，最終得到的數據可直接寫入芯片儲存。

圖15：FreeMASTER 電路損耗估算界面

Demo板展示

基于恩智浦方案的車載“MPP+EPP”的雙充的demo板，可通過一個控制器同時支持兩路Qi2.0的MPP和EPP無線充電。

圖16：NXP車載“MPP+EPP”雙充demo板

基于恩智浦方案的非車載MPP單充demo板，通用Type-C接口，支持MPP Qi2.0的協議和15W磁吸快充。

圖17：NXP非車載MPP單充demo板

本文小結

恩智浦磁吸無線充方案是基于恩智浦MWCT2xx2A控制器IC系列的無線充電應用。系統集成了十分成熟的無線充電策略，可配置MPP 15W, EPP以及BPP各個功率等級的功率傳輸。

同時恩智浦和WPC聯盟也在共同測試和開發MPP 25W高功率無線快充協議；而為適應中國市場的需求，恩智浦目前也在積極參加低頻MPP的技術開發和驗證。

在無線充電技術領域恩智浦一直走在前列，一直致力于推動無線充電技術的發展和提高未來用戶的使用體驗。

除此之外，恩智浦還有多種不同無線充電系列芯片、支持不同平臺的解決方案，比如：non AutoSAR方案的WCT20D2A、WCT2013A；也有AutoSAR的方案，芯片為WCT2014/5/6S。歡迎大家深入了解和使用NXP無線充電解決方案。