车载无线充电模块芯片浅析
来源:设计阿旭发布时间:2024-07-176246浏览
询问 AI车载无线充电模块是采用无线充电技术对车内移动终端进行充电的设备，无线充电技术包括电磁感应、电磁共振、电场耦合和无线电波等，电场耦合和无线电波这两种方式的传输功率较小，技术有局限。车载无线充电模块的主流技术方案是电磁感应充电，通常采用无线充电联盟WPC的Qi标准协议。近些年市场上陆续出现电磁共振、电场耦合和无线电波的充电方案，然而其市场占有率远远不及电磁感应无线充电方案。
技术 | 电磁感应 | 电磁共振 | 电场耦合 | 无线电波 |
概要 |
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大功率化 | ○ | ○ | ◎ | △ |
效率 | ○（～90%） | △（～60%） | ○（～90%） | × |
传输距离 | ×（～数cm） | ○（～数m） | ×（～数cm） | ○（～数m） |
工程师在设计无线充模块时需关注的关键指标是充电效率、安全性及兼容性。从硬件组成来看，车载无线充的关键元器件有多线圈无线充电发射主控芯片、同步升降压芯片、集成功率级芯片、降压芯片、稳压芯片、CAN总线收发器、功率器件、磁吸线圈等，可选型的元器件如下：
元器件类型 | 品牌 | 型号 |
无线充电发射主控芯片 | 恩智浦 | FS32K142H、MWCT1003AVLH、MWCT1013AVLH、MWCT1001AVLH、MWCT1213AVLH |
瑞萨 | R5F10PLHLFB、RAA279450 | |
易冲 | CPSQ8100 | |
美芯晟 | MT5807 | |
赛腾微 | ASM30AM083C8T9 | |
同步升降压芯片 | 德州仪器 | LM5175、LMR33630AQ |
南芯 | SC8701 | |
芯洲 | SCT2462Q、SCT9431Q | |
集成功率级芯片 | 伏达 | NU8040Q |
降压芯片 | 德州仪器 | LMR33630AQ |
MPS | MP2451、MP2456、MP2459 | |
芯洲 | SCT2600Q | |
稳压芯片 | 德州仪器 | TLV73333P、LP5912Q1 |
MPS | MPQ8904 | |
芯洲 | SCT71403Q | |
CAN总线收发器 | 恩智浦 | TJA1021、TJA1043T |
德州仪器 | TCAN1042V | |
功率器件 | 英飞凌 | IPG20N10S4L-22A、IPG20N06S4L-26、IPZ40N04S5L-7R4 |
万国 | AON7264E | |
美台 | DGD05473、TH6016LPDQ、DMP4050SSD | |
安世 | BUK7K25-40E | |
安森美 | NVTFS4823 | |
富鼎先进 | AP3N5R0YT、AP3P021YT |
接下来，我们盘点一下7款不同车载无线充电产品，以实例说明元器件选型。
1、GEELY吉利无线充电模块，型号是WPC-CN-001。
品牌 | 型号 | 描述 |
瑞萨(RENESAS) | R5F10PLHLFB | 1颗无线充主控MCU，RL78/F14系列16位MCU，内置192KB FLASH和8KB DATA FLASH和16K RAM，最高运行频率32MHz，采用QFP64封装 |
恩智浦(NXP) | MWCT1003AVLH | 1颗无线充电主控MCU，一颗汽车级5W功率的多线圈无线充电发射控制器。内置256KB Flash存储器和32KB SRAM内存，支持三线圈应用 |
德州仪器(TI) | TRF7970A | 1颗NFC芯片，一颗多协议全集成式13.56MHz RFID和NFC收发器芯片，用于无线充电器的NFC功能 |
英飞凌(INFINEON) | AUIRS2301S | 1颗半桥驱动器，一颗车规级半桥驱动器，支持600V耐压，用于无线充电功率管驱动 |
安世(NEXPERIA) | BUK7K25-40E | 1颗无线充电功率管，一颗耐压40V的双NMOS，导阻为21.25mΩ，采用LFPAK56D封装，符合AEC-Q101标准 |
英飞凌(INFINEON) | IPG20N10S4L-22A | 1颗MOS管，耐压100V，导阻22mΩ，符合AEC-Q101车规认证，用于三路无线充电切换 |
德州仪器(TI) | LM5175 | 1颗同步四开关升降压控制器，支持3.5-42V输入电压范围，输出电压范围为0.8-55V |
罗姆(ROHM) | SP8K24FRA | 1颗耐压45V的双NMOS，导阻为18mΩ，采用SOP8封装，用于同步升降压电压转换 |
线艺(COILCRAFT) | - | 1颗升降压电感，4.7μH屏蔽电感 |
德州仪器(TI) | INA214 | 1颗电流检测芯片，26V耐压的双向高精度电流感应放大器，用于检测无线充功率级电流 |
三莹(SAMYOUNG) | - | 4颗输入端滤波电容，3颗规格为220μF 35V，1颗规格为100μF 35V |
罗姆(ROHM) | RRH140P03 | 1颗耐压30V的PMOS，导阻7mΩ，采用SOP8封装，用于电源控制 |
恩智浦(NXP) | TJA1021 | 1颗LIN总线通信芯片，支持睡眠模式和待机模式，用于总线数据收发 |
- | - | 2颗并联的热敏电阻，用于检测手机温度 |
- | - | 3卷采用利兹线绕制的无线充电线圈 |
- | - | 2颗电感，用于无线充电NPO谐振电容和串联的电感 |
- | - | 5颗1210封装的MLCC电容并联，用于输出滤波 |
- | - | 1颗2220封装的压敏电阻，用于输入端浪涌保护 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
2、比亚迪144816手机无线充电模块。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | MWCT1013AVLH | 1颗无线充电主控，一款汽车级的多线圈无线充电发射控制器，支持15W单线圈和多线圈应用。芯片内部集成数字解调，固定工作频率，并支持抖频技术降低干扰。芯片内部集成同步升降压控制和功率全桥控制，通过外置的驱动器进行开关管驱动 |
美台(DIODES) | DGD05473 | 4颗双NMOS半桥驱动器，支持50V耐压，具备欠压保护功能，两颗用于同步升降压开关管驱动，2颗用于无线充半桥驱动 |
富鼎先进(APEC) | AP3N5R0YT | 1颗耐压30V的NMOS管，导阻5mΩ，采用PMPAK3*3封装，用于负极控制的NMOS管 |
富鼎先进(APEC) | AP3P021YT | 1颗耐压30V的PMOS，导阻21mΩ，采用PMPAK3*3封装，用于控制电路通断的MOS管 |
芯源(MPS) | MP2456 | 1颗降压芯片，50V输入，开关频率1.2MHz的开关降压转换器，内置1Ω开关管，输出峰值电流为0.5A，采用TSOT23-6封装，用于无线充电主控和驱动器供电的降压芯片 |
德州仪器(TI) | TLV73333P | 1颗LDO，支持使能控制的300mA输出，低压降，低静态电流稳压器，采用SOT23-5封装，为无线充电主控供电 |
安世(NEXPERIA) | 丝印92910E | 3颗双NMOS管用于三路线圈切换，由主控检测到手机的位置，开启对应的无线充电线圈 |
恩智浦(NXP) | TJA1043T | 1颗高速CAN总线收发器，用于CAN控制器与总线通信，具有低功耗优势，并获得AEC-Q100认证 |
圣邦微(SGMICRO) | SGM8622 | 1颗MSOP8封装的双运放，支持轨对轨输入输出，用于无线充电信号解调 |
- | 丝印H082A | 1颗为主控芯片提供时钟的无源晶振 |
- | 丝印YK | 1颗电源输入端TVS，丝印YK，用于输入端浪涌保护 |
- | 丝印7AB | 4颗MOS管，组成H桥 |
- | 丝印701 | 1颗滤波电感 |
- | - | 3个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，冷压端子后焊接 |
- | - | 2颗电解电容，规格均为100μF 25V，用于电源输入滤波 |
- | - | 1颗电解电容，规格为100μF 25V，用于输出滤波 |
- | - | 2颗4.7μH磁胶电感用于输入滤波 |
- | - | 1颗电感量为10μH的升降压电感采用合金电感 |
- | - | 1颗电感量为22μH的降压电感，配合MP2456使用 |
- | - | 1颗0.68μH电感，用于供电滤波 |
- | - | 1颗电流检测放大器，配合右侧两颗并联的R015取样电阻，用于无线充功率级输入电流检测 |
- | - | 4颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
3、大众汽车09S车载无线充电器。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | MWCT1001AVLH | 1颗无线充电主控，汽车级5W功率的多线圈无线充电发射控制器。内置256KB Flash存储器和32KB SRAM内存，支持三线圈应用 |
德州仪器(TI) | LMR33630AQ | 2颗同步降压芯片，支持36V输入，最大输出电流3A |
德州仪器(TI) | LP5912Q1 | 1颗3.3V输出的LDO，最大输出电流为500mA |
德州仪器(TI) | INA214-Q1 | 1颗电流检测放大器，用于检测无线充电功率级电流 |
英飞凌(INFINEON) | IPZ40N04S5L-7R4 | 4颗无线充电功率管，耐压40V的NMOS，导阻7.4mΩ，符合AEC Q101认证 |
英飞凌(INFINEON) | IPG20N06S4L-26 | 3颗线圈切换MOS管，耐压60V的双NMOS，导阻26mΩ，符合AEC Q101认证 |
- | 丝印165 | 2颗驱动芯片，用于无线充电功率管驱动 |
- | 丝印YK | 1颗电源输入端TVS，丝印YK，用于输入端浪涌保护 |
- | 丝印4D | 2颗MOS管，用于供电控制 |
- | - | 3个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，冷压端子后焊接 |
- | - | 1颗R015电阻用于电流取样 |
- | - | 4颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
4、宝马5系无线充电WCH-184。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | MWCT1003AVLH | 1颗无线充电主控，汽车级5W功率的多线圈无线充电发射控制器。内置256KB Flash存储器和32KB SRAM内存，支持三线圈应用 |
芯源(MPS) | MP2451 | 1颗降压转换器用于输入降压，外置肖特基二极管，内置0.5Ω开关管，采用SOT23-6封装 |
芯源(MPS) | MPQ8904 | 1颗线性稳压芯片，输出3.3V电压为无线充电主控供电 |
芯源(MPS) | MPQ4470 | 1颗同步降压转换器，输入耐压36V，输出电流5A，内部集成40mΩ上管和20mΩ下管，采用QFN封装，符合AEC-Q100等级，为无线充电功率级降压的同步降压转换器 |
力特(LITTELFUSE) | 27CA | 1颗TVS，用于输入端浪涌保护 |
美台(DIODES) | DMP4050SSD | 1颗双PMOS，耐压40V，导阻50mΩ，采用SO8封装，用于无线充电功率级供电控制 |
伍尔特(WURTH) | 744351000 | 1颗电感量为10μH的降压电感 |
伍尔特(WURTH) | 744311100 | 2颗电感量为1μH的输出滤波电感 |
安森美(ONSEMI) | NVTFS4823 | 1颗无线充电功率管，耐压30V的NMOS，导阻10.5mΩ，符合AEC-Q101车规认证 |
英飞凌(INFINEON) | IPG20N10S4L-22A | 4颗MOS管，耐压100V，导阻22mΩ，符合AEC-Q101车规认证，用于三路无线充电切换 |
恩智浦(NXP) | TJA1043T | 1颗高速CAN总线收发器，用于CAN控制器与总线通信，具有低功耗优势，并获得AEC-Q100认证 |
微芯(MICROCHIP) | MCP6002 | 4颗双运放，用于信号放大 |
SMSC | 丝印C1126-1 | 1颗芯片 |
英飞凌/国际整流器(INFINEON/IR) | 丝印AS2301 | 2颗驱动芯片，用于无线充电功率管驱动 |
德州仪器(TI) | INA214-Q1 | 1颗耐压26V双向高精度电流感应放大器，用于无线充电功率级输入电流检测 |
- | 丝印4Ft | 1颗MOS管 |
- | 丝印Ht9 | 5颗MOS管 |
- | 丝印LBt | 1颗MOS管 |
- | - | 3个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，冷压端子后焊接 |
- | - | 1颗无线充电主控芯片外置的8.0000MHz时钟晶振 |
- | - | 1颗33μH降压电感 |
- | - | 3颗输入端10μH滤波电感 |
- | - | 4颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
5、哈弗酷狗50W无线充电模块WM-FGW-119。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | FS32K142H | 1颗无线充电主控，内置M4F内核，运行频率80MHz，内置256KB FLASH和32KB RAM |
易冲(CPS) | CPSQ8100 | 1颗高效率高集成度的无线充电发射芯片，支持50W私有协议无线充电。芯片内部集成全桥驱动电路，Q值检测电路和调制解调电路，外围元件精简。芯片内部集成M0内核，符合AEC-Q100标准，支持私有快充协议 |
南芯(SOUTHCHIP) | SC8701 | 1颗同步4开关降压升压控制器，它可以有效地输出电压，无论是高、低或等于输入电压。同时也支持非常宽的输入和输出电压范围，它可以支持2.7V到36V的输入范围和2V到36V的输出范围。驱动器电压设置为10V，以充分利用外部MOSFET实现最高效率 |
万国(AOS) | AON7264E | 4颗耐压60V的NMOS，导阻7.7mΩ，采用DFN3*3封装，组成同步升降压H桥MOS管；6颗用于控制3个线圈切换 |
伏达(NUVOLTA) | NU8040Q | 2颗无线充电集成功率级芯片，集成的全桥功率级芯片，为无线充电发射而优化。芯片内部集成全桥FET及驱动、自举电路、5V集成DC/DC电源、3.3V LDO和无损电流检测 |
芯源(MPS) | MP2456 | 1颗50V输入，开关频率1.2MHz的开关降压转换器，内置1Ω开关管，输出峰值电流为0.5A，采用TSOT23-6封装，用于为无线充电主控供电的降压芯片 |
德州仪器(TI) | TLV70033 | 1颗稳压芯片，输出电流为200mA，输出电压为3.3V，支持使能控制 |
永诚创(YCCFAN) | YBH4010C05 | 1颗轴流风扇，工作电压5V，额定电流0.24A，为离心风扇，通过螺丝固定 |
德州仪器(TI) | TCAN1042V | 1颗CAN总线收发器，符合AEC-Q100汽车应用要求，内置低功耗待机模式和远程唤醒，并支持多种保护功能，支持高负载CAN网络 |
- | 丝印1R0 | 2颗用于输出滤波的1μF合金电感 |
- | 丝印100 | 2颗10μH合金电感，1颗用于升降压电压转换，另1颗用于输入滤波 |
- | - | 3个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，冷压端子后焊接 |
- | - | 2颗47μF 25V电解电容用于输出滤波 |
- | - | 4颗100μF 25V电解电容用于输入滤波 |
- | - | 1颗16MHz时钟晶振，为FS32K142H提供时钟 |
- | - | 1颗40MHz时钟晶振，为CPSQ8100提供时钟 |
- | - | 4颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
6、特斯拉Model Y无线充电模块，型号为WC3。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | MWCT1213AVLH | 1颗无线充电主控芯片，符合最新版本WPC Qi V1.2.4标准，支持5-24V宽范围电压输入，支持双向通信，最大输出功率15W |
美台(DIODES) | DGD05473 | 4颗半桥驱动器，用于无线充电MOS管驱动，每一路两颗 |
美台(DIODES) | TH6016LPDQ | 2颗175℃工作温度的双NMOS管，耐压60V，导阻19mΩ，符合AEC-Q101标准，用于两组无线充电线圈切换 |
美台(DIODES) | DMT47M2SFVWQ | 2颗NMOS，无线充电功率管，耐压40V，导阻7.5mΩ，符合AEC-Q101标准。共有八颗，用于双路无线充电输出 |
芯源(MPS) | MP4231 | 1颗同步升降压转换器，内部集成开关管，用于无线充功率级电压转换，满足不同功率应用 |
德州仪器(TI) | LMR34215-Q1 | 1颗42V输入电压的超小型同步降压转换器，将输入电源降压送至TPS7A8101进行稳压 |
德州仪器(TI) | TPS7A8101 | 1颗1A车规级可调输出稳压器，为无线充电主控供电 |
恩智浦(NXP) | TJA1021 | 1颗本地协议控制器，接收电源插座的传输信号，连接到无线充电主控用于无线充电开关控制，以降低能耗 |
德州仪器(TI) | INA214-Q1 | 1颗AEC-Q100 耐压26V双向高精度电流感应放大器，用于无线充电功率级输入电流检测 |
君耀(BRIGHTKING) | 丝印C847 YK | 1颗TVS保护管，用于输入保护 |
美台(DIODES) | 丝印H29 2012 | 1颗MOS管，用于输入保护 |
- | 丝印0120 | 1颗双运放 |
- | - | 2颗二极管，2颗三极管，用于信号处理 |
- | - | 1颗无源8M晶振，为MWCT1213AVLH提供时钟 |
- | - | 4个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，分成2组，冷压端子后焊接 |
- | - | 14颗滤波电解电容，耐压35V，两两并联 |
- | - | 5颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热凝胶、铝制屏蔽罩等等 |
表6、特斯拉WC3部分元器件
7、奇瑞手机无线充电模块WM-FCR-151。
品牌 | 型号 | 描述 |
恩智浦(NXP) | FS32K142H | 1颗无线充电主控，内置M4F内核，运行频率80MHz，内置256KB FLASH和32KB RAM |
易冲(CPS) | CPSQ8100 | 1颗高效率高集成度的无线充电发射芯片，支持50W私有协议无线充电。芯片内部集成全桥驱动电路，Q值检测电路和调制解调电路，外围元件精简。芯片内部集成M0内核，符合AEC-Q100标准，支持私有快充协议 |
南芯(SOUTHCHIP) | SC8701Q | 1颗同步4开关降压升压控制器，它可以有效地输出电压，无论是高、低或等于输入电压。同时也支持非常宽的输入和输出电压范围，它可以支持2.7V到36V的输入范围和2V到36V的输出范围。驱动器电压设置为10V，以充分利用外部MOSFET实现最高效率 |
意法半导体(ST) | 24C08RP | 1颗存储器 |
万国(AOS) | AON7264E | 4颗耐压60V的NMOS，导阻7.7mΩ，采用DFN3*3封装，组成同步升降压H桥MOS管；6颗用于控制3个线圈切换 |
伏达(NUVOLTA) | NU8040Q | 2颗无线充电集成功率级芯片，集成的全桥功率级芯片，为无线充电发射而优化。芯片内部集成全桥FET及驱动、自举电路、5V集成DC/DC电源、3.3V LDO和无损电流检测 |
芯源(MPS) | MP2459 | 1颗55V输入，开关频率480kHz的开关降压转换器，内置1Ω开关管，输出峰值电流为0.5A，采用TSOT23-6封装，用于无线充电主控和驱动器供电的降压芯片 |
永诚创(YCCFAN) | YBH5512C05 | 1颗离心风扇，工作电压5V，额定电流0.26A，通过螺丝固定 |
恩智浦(NXP) | TJA1043 | 1颗CAN总线高速收发器芯片，符合AEC-Q100汽车应用要求，支持超低功耗待机和睡眠模式，并支持本地或远程唤醒，并支持多种保护功能 |
- | 丝印3R3 | 1颗3.3μH合金电感，用于输入滤波 |
- | 丝印1R0 | 2颗1μH合金电感用于输出滤波 |
- | 丝印100 | 2颗10μH合金电感，用于升降压电压转换 |
- | 丝印CK 2FZPC | 1颗贴片TVS用于输入端过压保护 |
- | 丝印100 25V DLI | 4颗输入端滤波电容规格均为100μF 25V |
- | 丝印47 35V ZLI | 1颗升降压输出滤波电容规格为47μF 35V |
- | 丝印L6JMN | 1颗线性稳压芯片 |
- | - | 3颗NTC热敏电阻，用于监测线圈温度 |
- | - | 3个无线充电线圈采用纱包线，白黑套管确定线序，冷压端子后焊接 |
- | - | 6颗MLCC电容，用于输入输出滤波 |
- | - | 1颗16MHz时钟晶振，为FS32K142H提供时钟 |
- | - | 1颗40MHz时钟晶振，为CPSQ8100提供时钟 |
- | - | 4颗无线充谐振电容，1206封装的白色NPO电容并联 |
- | - | 阻容感、连接器、接口、结构件和紧固件、导热垫、铝制屏蔽罩等等 |
2021年到2026年，车载手机无线充电模块装配量稳步上升，预计2026年车载手机无线充电模块装配量突破1000万台，将逐渐成为中高端汽车的标配。
车载无线充电模块搭载量与增长率(图源：佐思汽研)
车载无线充电模块使用的元器件需要的车规级的，有着严格的认证标准和要求。
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