兼容 WPC v1.2.4 协议的 7.5W/10W 无线充电发射控制器 特性 兼容 WPC v1.2.4 标准 支持 5~10W 多种应用 单独 5W 应用 快充充电器输入 5~10W 应用 输入耐压高达 16V 集成 NMOS 全桥驱动和全桥功率 MOS 集成内部电压 / 电流解调 支持 FOD 异物检测功能 高灵敏静态异物检测 支持动态 FOD 检测 外接电阻调整 FOD 参数 低静态功耗和高效率 静态电流 10mA 实测系统充电效率高达 79% 兼容 NPO 电容和 CBB 电容 针对供电能力不足的 USB 电源有动态功率调整 功能 (DPM) 支持低至 5V 500mA 的充电器 输入过压, 过流保护功能 支持快充输入请求 最多可支持 3 路 LED 指示 封装 5 mm 5 mm 0.5pitch QFN32 概述 是一款无线充电发射端控制 SoC 芯片, 兼容 WPC Qi v1.2.4 最新标准, 支持 A11 或 A11a 线圈, 支持 5W 苹果 7.5W 三星 10W 充电 通过 analog ping 检测到无线接收器, 并建立与接 收端之间的通信, 则开始功率传输 解码 从接收器发送的通信数据包, 然后用 PID 算法来 改变振荡频率从而调整线圈上的输出功率 一旦 接收器上的电池充满电时, 终止电力传输 片内集成全桥驱动电路和全桥功率 MOS, 电压 & 电流两路 ASK 通讯解调模块 ; 方案 集成度高, 可显著降低方案尺寸和 BOM 成本 应用产品 背夹 无线充电底座 车载无线充电设备
系统框图 VDET ADC NTC LOSS_THR Communication/ Decode OP AMP OP AMP ISENSE LFP DP DM DCPS BST1 Debug Test/ Debug LX1 IO7 IO4 Driver PGND LX2 LED1 LED2 IO LED3 BST2 图 1 系统框图 产品型号 型号名称 _5 _A 型号描述 5W 无线充应用, 支持 5V 供电输入 5W~10W 无线充应用, 支持 5V/9V 供电输入
1. 引脚定义 IO7 BST1 LX1 LX1 LX2 LX2 BST2 24 23 22 21 20 19 18 17 25 16 LED2 26 15 LED3 DM DP 27 28 29 14 13 12 IO4 LED1 LOSS_THR VDET 30 QFN32 11 NTC AGND 31 32 33 EPAD 10 9 DEBUG 1 2 3 4 5 6 7 8 PGND VCC ISENSE IGND GND 图 2 引脚图 引脚说明 引脚序号 引脚名称 描述 1 GND 模拟地 2 IGND 电流通讯 / 解调负端输入 3 ISENSE 电流通讯 / 解调正端输入 4 VCC 内部 VCC 电源, 从 接 100R 电阻或 4V LDO 来供电 5 PGND 内部功率 MOS 管的功率地, 接外部 20 毫欧采样电阻正端 6 PIN 悬空, 不能接地 7 PIN 悬空, 不能接地 8 PIN 悬空, 不能接地 9 PIN 悬空, 不能接地 10 DEBUG Debug 引脚, 串口输出打印信息
11 NTC NTC 检测 PIN 12 LOSS_THR 动态 FOD 参数调整, 外接电阻到 GND 调整 13 LED1 LED1 输出 14 IO4 内部 GPIO4 15 LED3 LED3 输出 16 LED2 LED2 输出 17 IO7 内部 GPIO7 18 电压通讯 / 解调输入 19 BST1 内部高压驱动, 连接电容到 LX1 20 LX1 H 桥开关节点 1 21 LX1 H 桥开关节点 1 22 LX2 H 桥开关节点 2 23 LX2 H 桥开关节点 2 24 BST2 内部高压驱动, 连接电容到 LX2 25 PIN 悬空, 不能接地 26 外部电压输入 PIN 27 外部电压输入 PIN 28 DM USB DM 29 DP USB DP 30 VDET 电压检测输入 31 PIN 悬空, 不能接地 32 AGND 模拟地 33 EPAD (PGND) 内部功率 MOS 管的功率低, 接外部 20 毫欧采样电阻正端
2. 极限参数 参数符号最小值最大值单位 -0.3 16 输入电压范围 VCC -0.3 12 DP, DM -0.3 12 V 结温范围 T J -40 125 存储温度范围 Tstg -60 125 热阻 ( 结温到环境 ) θ JA 40 /W 人体模型 (HBM) ESD 4KV V * 高于绝对最大额定值部分所列数值的应力有可能对器件造成永久性的损害, 在任何绝对最大额定值条件下 暴露的时间过长都有可能影响器件的可靠性和使用寿命 3. 推荐工作条件 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 输入电压范围 4.5 5/9 12 V VCC 电压范围 VCC 3.8 4.2 5 V LED1,LED2,LED3 GND-0.3 VCC+0.3 I/O 电压范围 NTC,LOSS_THR GND-0.3 VCC+0.3 IO4,IO7 GND-0.3 VCC+0.3 DP, DM GND-0.3 5.5 V * 超出这些工作条件, 器件工作特性不能保证 4. 电气特性 除特别说明,TA=25 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 详细说明 / 测试条件 4.5 5/9 12 V VCC 3.8 4.2 5 V VIH 输入高电平 0.7xVCC V VIL 输入低电平 0.3xVCC V VOH 输出高电平 VCC V VOL 输出低电平 GND V Source current LED1 LED2 LED3 输出电流能力 2 4 ma Source 电流至输出高电 平为 0.8xVCC
5. 功能描述 全桥驱动与功率 MOS 内置两个对称的的半桥驱动模块, 内置功率 MOS PWM 频率可调范围为 110kHz~205kHz, 可调 step 低至 0.25kHz Communication/ Decode OP AMP OP AMP ISENSE BST1 LFP LX1 Driver PGND LX2 BST2 图 3 全桥驱动应用电路 DPM 针对供电能力不足的 USB 电源, 具有动态功率管理功能, 可保持充电状态不中断 当系统检测到输入 电压低于 4.3V 时, 启动 DPM 功能, 减少发射功率并保持 当输入电压回复到 4.75V 以上, 且输入电流比进 入 DPM 时减小 200mA 后, 系统退出 DPM 状态 数字解调 内置两路 ASK 解调模块, 可分别采集线圈电压和电流进行 ASK 通讯解调和解码 电流解码通过采样电 阻获取信号, 送入芯片进行数字解调和解码
Vcoil 3.3kΩ 15nF V_DET 100kΩ 33kΩ 15nF 2.2nF 10kΩ 图 4 电压 ASK 解调外围电路 20mΩ Sample resister ISENSE + wpc IGND - 图 5 电流 ASK 解调外围电路 FOD 参数调整 支持静态 FOD 异物检测和动态 FOD 异物检测 ; 静态 FOD 是指在没有无线充电时, 能检测到线圈上的异物 ; 动态 FOD 是指正在无线充电时, 能检测到线圈上的异物 ; 可以通过调整 V_DET 引脚上的电容, 来调整静态 FOD 的灵敏度 ; 默认接 2.2nF 电容到地, 使用 标准的静态 FOD 灵敏度 ; 所接的电容越大, 静态 FOD 的灵敏度越高, 越容易检测到异物 ;
Vcoil 3.3kΩ 15nF V_DET 100kΩ 33kΩ 15nF 2.2nF 10kΩ 该电容越大, 静态 FOD 的灵敏度越高, 越容易检测到异物 可通过 LOSS_THR 引脚外接电阻到 GND 来调整动态 FOD 的灵敏度 ;LOSS_THR 引脚默认接 100K 电阻到地, 使用标准的动态 FOD 灵敏度 ;LOSS_THR 外接的电阻 R_ Loss 越大, 动态 FOD 的灵敏度越低, 越不 容易检测到 FOD; 只在上电检测 LOSS_THR 引脚的电阻来设置动态 FOD 的灵敏度 ;50K<R_LOSS 电阻 <130K LOSS_THR R _Loss R_ Loss 越大, 动态 FOD 的灵敏度越低, 越不容易检测到 FOD; NTC 热保护 的 NTC 引脚固定输出 20uA 的电流,NTC PIN 通过采样 NTC 引脚的电压来判断 NTC 温度 ; 此关断特性是提供增强的应用, 不限于热关机 当 NTC 引脚的电压小于 0.5V 时, 系统将进入 NTC 保护状态, 结束电力传输 ; 进入 NTC 保护后,NTC 引脚电压大于 0.72V, 就恢复正常充电 ; 如果不使用 NTC 应用, 该引脚通过 100K 电阻接地 1 参考 NTC 电阻数据手册, 找到阻值 温度关系表 2 根据保护温度点, 找到对应的电阻值 R_NTC 3 根据以下公式确定串联电阻 R_SetPoint1 和并联电阻 R_SetPoint2 如果温度保护点需要增加 : 并联电阻 R_SetPoint2, 改变串联电阻 R_SetPoint1=25K-RNTC; 如果温度保护点需要减小 : 串联电阻 R_SetPoint1=0 欧姆, 并联电阻 R_SetPoint2=25K*RNTC/(RNTC-25K)
NTC R _ Setpoint1 R _ Setpoint2 RNTC 15nF 保护温度 60 度电阻推荐如下 :RNTC=100K@25 度 B=3950,R _ Setpoint1=0 欧姆, R _ Setpoint2 ; 保护温度 70 度电阻推荐如下 :RNTC=100K@25 度 B=3950,R _ Setpoint1=7.5K 欧姆,R _ Setpoint2 ; 保护温度 50 度电阻推荐如下 :RNTC=100K@25 度 B=3950,R _ Setpoint1=0 欧姆,R _ Setpoint1=82K 欧姆 LED 状态指示 可通过串联限流电阻直接驱动 2 路 LED 输出 两路 LED 状态与系统状态对应关系如下 : 状态 LED1 LED2 上电 同时闪烁 3 次 待机 灭 灭 充电 常亮 灭 异常 灭 闪烁 通过定制或配置工具修改固件, 最多可支持 3 路 LED 效率曲线 使用 TI bq51020 方案接收器时, 效率与系统输出功率之间的关系 (Vout=5V, 测试方法如下图所示 )
效率 / % 85.00% 80.00% 75.00% 70.00% 65.00% 60.00% 55.00% 50.00% 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 负载电流 /ma 图 6 系统效率 ( 使用 bq51020 RX) 6. 典型应用原理图 只需要电容 电阻等少量无源器件, 即可实现完整功能的无线充电方案 C8 15nF R7 3.3K R8 0R D4 IN5819 R6 33K C7 15nF C15 R10 10K V_DET R9 100K C9 2.2nF R11 C16 C11 L1 C14 C1-C4 谐振电容 400nF/100V C12 R12 C13 24 23 22 21 20 19 18 17 Micro-B DM DP GND C5 100nF CP1 22uF CP2 22uF V_DET 25 26 27 28 29 30 31 32 DM DP BST2 GND LX2 IGND LX2 ISENSE LX1 VCC LX1 VDET QFN32 AGND PGND BST1 IO4 LED1 LOSS_THR NTC DEBUG IO7 LED2 LED3 EPAD 16 15 14 13 12 11 10 9 R5 1K D2 R13 1K/ D3/ R4 1K D1 R14 100K RNTC 100K @25 度 C10 15nF R15 100R 1 2 3 4 5 6 7 8 33 4V LDO VCC R3 0R C6 2.2uF R1 20mR 是 5V 输入供电时,VCC 由 5V 经 R15=100R 电阻供电, 可以不用 LDO; 是 9V 输入供电时,VCC 必须要由 4V LDO 供电,R15 电阻不贴 ; R2 0R PGND
BOM 表 编号 元器件名称 封装 & 规格 位号 用量 1 主控 IC QFN32 U1 1 2 NPO orcbb 电容 400nF 100V C1-C4 4 3 贴片电容 0603C 100nF 25V C5 1 4 贴片电容 0603C 2.2uF 25V C6 1 5 贴片电容 0603C 15nF 25V C7 C8 C10 3 6 贴片电容 0603C 2.2nF 25V C9 1 7 贴片电容 0805C 22uF 25V CP1 CP2 2 8 高精度低温漂电阻 1206R 20mR 1% R1 1 9 贴片电阻 0603R 0R R2 R3 R8 3 10 贴片电阻 0603R 1K R4 R5 2 11 贴片电阻 0603R 33K R6 1 12 贴片电阻 0603R 3.3K R7 1 13 贴片电阻 0603R 100K R9 R14 2 14 贴片电阻 0603R 10K R10 1 15 贴片电阻 0603R 100R R15 1 16 NTC 热敏电阻 100K 25 度 B=3950 RNTC 1 17 肖特基二极管 IN5819 D4 1 18 发光二极管 0603D D1 D2 2 19 发射线圈 A11 L1 1 7. Layout 注意事项 1 如下图所示 : 电流采样电阻和 的 PGND 是功率走线, 走线需要尽量短换层是需要多加过孔 ;
2 如下图所示 : 输入 和 PGND 之间的滤波电容, 环路面积越近越好 ; 3 如下图所示 : 电流采样电阻到 ISENSE 和 IGND 之间的采样走线需要从电阻两端单独引线不要和同 网络的功率走线重合且尽量短, 同时远离谐振电容和线圈
4 如下图所示 : 的 和 V_DET 走线, 尽量远离谐振电容 线圈以及其他功率走线, 且需 要包地处理 ; 5 谐振电容和线圈与 之间的环路面积需要越小越好, 且远离 LED NTC IO 等低耐压的信号 走线
8. 封装信息