三星即将推出的PMIC“S2MIW06”， 正在重新定义无线充电的未来

为什么我们需要无线充电？

大多数人都熟悉使用充电线带来的麻烦:它可能会缠绕或被拔出，在黑暗中很难插入，而且很容易损坏充电端口或连接器，特别是在涉及有水的情况下。 此外，还有充电器兼容性问题，这可能会导致大量没有被使用过的充电线。 减少这些不便和低效是无线充电背后的驱动因素，因为您只需要将您的设备放在无线充电板上即可充电。

无线充电已经无处不在，但您可能很难解释它是如何在没有电缆的情况下传输电流的。 其实很简单。 大多数无线充电器使用电磁感应。 基本上，交流电流经充电板的发射线圈并产生磁场。 然后，当该磁场进入智能手机的接收线圈时，就会产生电流¹，并流入智能手机的电池。

当然，每种技术都有其自身的优势和挑战，这也成为行业和用户关注的焦点。 就无线充电而言，这些是兼容性、速度（高功率）、安全性和可靠性。 让我们深入了解这一切是如何运行的。
 

我们如何保持无线充电的兼容性？

有全球公认的认证标准，可以提升更好的充电效果、提高安全性以及增强设备和品牌之间的兼容性。 Qi（发音为“Qi”）是最著名的无线充电标准之一，由无线充电联盟（WPC）开发，该联盟包括300多家主要制造商。² 最新版本为Qi v2.2，三星系统大规模集成电路（LSI）正在积极参与该标准的落实与应用。³

Qi标准考虑了许多不同的因素以确保更好的无线充电体验，包括发射器和接收器之间的兼容性和认证、充电功率是否符合Qi协议，以及为了保障安全而进行的异物检测算法。 该标准进一步分为三个power profiles，具体内容将在下一部分中进行解释。

1. Baseline Power Profile (BPP)
BPP是最基本的profile，于2010年随着Qi v1.0首次推出，允许无线充电发射器和接收器提供高达5W的电力。 接收器（Rx）支持基本的单向通信，通过ASK⁴告知发射器（Tx）当前接收的功率量，从而使得Tx能够控制功率。

2. Extended Power Profile (EPP)
EPP将最大充电功率提升至15W，Tx和Rx使用双向通信选择快速充电或常规充电。 Rx告知Tx它能够进行高速充电，⁵并且Tx告知Rx它具有相同的能力。⁶ EPP还采用了适当的硬件结构，支持更高功率的充电、快速充电协议和更精确的异物检测算法。

3. Magnetic Power Profile (MPP)
MPP具有与EPP类似的优势，并通过磁吸功能增强了可用性。 磁性对准允许用户在无线充电过程中可靠地使用他们的智能手机，并减少了当Tx和Rx未对准时可能出现的问题，例如低功率充电或根本不充电。 充电频段也调整为360kHz，以避免使用相似BPP/EPP频率的移动设备和遥控车钥匙之间发生冲突。 许多智能手机制造商都在将其产品的无线充电功率提升至25W，而MPP支持稳定的25W充电。

无线充电背后的精密工程

当我们在日常生活中使用无线充电时，它的效果非常好，以至于我们认为它是理所当然的。 但这项技术的基础还有令人惊叹的电气工程，上图就是一个例子。 这是System LSI正在开发的无线充电系统的结构，其中包括无线充电PMIC“S2MIW06”，它通过无线电力传输和带内通信实现系统控制。

该系统通过以下步骤完成无线电力传输:首先，直流电源通过Tx逆变器转换为交流电源，然后交流电源通过Tx LC tank⁷放大，并根据感应无线充电频率特性进行调节。 此时，发送到Rx的LC tank的交流电源被PMIC的整流器转换成直流电压（VRECT）。 一旦电源经过整流变为直流电压（DC VRECT），Rx PMIC就会通过低压差稳压器（LDO regulator）转换为更清洁的直流电源输出电压（Vout），最终将其作为电源提供给Rx电池充电。 S2MIW06与众不同之处在于，其硬件设计针对无线功率传输进行了优化，基于Rx IC的功率传输效率高达98%⁸。

当然，在无线充电过程中，无线充电电力的传输至关重要。 但Tx和Rx之间的通信也至关重要。 在某些情况下，Tx发送的电力可能不足或过多，导致过热。 当发生这种情况时，Rx必须告知Tx调整传输电力的水平。 此外，快速充电仅限于通过发射端（Tx）和接收端（Rx）认证并确认安全性的Tx无线充电板上进行。 无线充电IC通信负责这些功能。

S2MIW06如何开拓无线充电领域？

但是目前的无线充电技术现状如何？三星系统LSI在其中扮演什么角色？ 事实上，我们在技术先锋以及为行业开辟新道路的创新方面发挥着关键作用。 例如，无线充电用户满意度最重要的标准之一就是强大的基于固件的MCU⁹操作，它支持兼容性。 S2MIW06支持所有BPP/EPP/MPP标准，并已通过测试，确保与经过认证的Tx板以及数百种其他未经内部测试认证的Tx板兼容。 因此，S2MIW06在各种情况下都能支持稳定的性能，并且在市场领先的大容量内置存储器的基础上，提供灵活的MCU操作。

除了强大的基于固件的操作之外，充电功率也是Rx IC的一个重要因素。 不过，S2MIW06支持高达50W的大功率无线充电，因此具有足够的未来保障。 下图显示了S2MIW06的Rx IC在充电功率和内部存储器容量方面的品质因数（FOM），它比图中标记为A-D的其他Rx IC要好得多。 值得一提的是，S2MIW06凭借我们多年积累的PMIC知识，顺利完成了Qi认证的预测试。

S2MIW06还在Tx模式下运行，以支持智能手机上的无线电池共享功能。 在此模式下运行时，用于ASK解调的外部滤波器会占用PCB¹⁰表面的大部分空间。 为了应对这一潜在挑战，S2MIW06配备了一项基于先进技术的创新功能，与未内置滤波器相比，内置滤波器能够减少约15%的PCB表面积。¹¹

但是，无线充电PMIC S2MIW06与其充电的设备之间的通信可靠性如何？ 事实证明，非常可靠。 S2MIW06依赖于带内通信，该通信与正在传输的交流电力频段一起发送信号。 这消除了额外通信芯片的成本，并且强大的硬件设计确保了在商业无线充电的整个功率范围内实现可靠的通信。

无线充电的下一步是什么？

以前很少有人能够想象无线充电会成为现实，但现在它已经成为一项必不可少的技术，并其应用范围扩展到了日常用品，如汽车，甚至家具，如沙发和床。 目前的目标是根据Qi标准规范该技术，以便无论身在何处都能方便地充电。 事实上，大多数智能手机制造商都按照标准化的要求正在开发自己的产品。 为此，三星将利用其精湛的技术知识，率先为您提供最新无缝、高效的充电技术。

我们在大规模生产无线充电IC并将其应用于高端智能手机和可穿戴设备方面有着坚实的业绩。 不仅如此，我们始终致力于将最新的技术标准应用到我们的产品中，以便您能够尽快安全、高效地享受标准化无线充电技术的稳定性能。 通过打造一个拥有超过300个充电板的环境，用于充电和放电实验，我们构建了一个卓越的物理验证系统，充分展示了我们在行业中的领先地位。 凭借这一坚实的基础，三星不仅能够提供目前市场上最好的产品，同时也在开辟通向新可能性的道路。

* 呈现的所有图片仅供说明之用，与实际产品不一定完全一致。 这些图片均以数字方式编辑、修改或增强。

_{¹⁾ 交流电是根据电磁感应定律感应出来的。
²⁾ 根据WPC网站（wirelesspowerconsortium.com）的说法，该联盟由大型家电品牌以及小型和初创公司组成，所有这些公司都认识到标准的需求和好处。
³⁾ System LSI于2023年1月加入WPC，并一直参与Qi标准的落实工作。
⁴⁾ 幅移键控（ASK）是一种用于数字数据通信的调制技术，广泛应用于包括无线充电系统在内的各种系统。 Rx通过调节电力传输系统的负载将信息发送回Tx。
⁵⁾ 通过“Rx到Tx ASK”通信。
⁶⁾ 通过“Tx到Rx FSK”通信。 频移键控（FSK）是数字数据通信中广泛应用的另一种调制技术。 Tx通过改变载波信号的频率将信息发送回Rx。
⁷⁾ LC tank是由电感器与电容器连接组成的电路。 该电路可以充当电谐振器（是一种类似音叉的电子模拟），储存以电路谐振频率振荡的能量。 LC电路用于从更复杂的信号中生成特定频率的信号。
⁸⁾ 所有产品规格均基于内部测试结果，可能因用户系统配置不同而有所差异。 实际性能可能因使用条件和环境而有所不同。
⁹⁾ 微型控制器单元。
¹⁰⁾ 印刷电路板。
¹¹⁾ 所有产品规格均基于内部测试结果，可能因用户系统配置不同而有所差异。 实际性能可能因使用条件和环境而有所不同。}