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拆解MICROCHIP微芯300W无线充电模块,实测效率高达90%

时间:2022-03-10 14:37:29 作者:充电头网 阅读:
近日MICROCHIP微芯官网上架了一款300W中功率无线充电方案。作为全球领先的单片机和模拟半导体供货商,该方案的推出意味着MICROCHIP已经开始布局工业级无线充电技术。
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无线充电对于大家来说应该并不陌生,尤其是随着苹果、三星、小米、华为、OPPO、vivo等一线手机品牌入局无线电市场,很多新款手机加入了这一功能。不过除了消费类电源领域,无线充电功率在其他领域同样有着巨大发展潜力,比如医疗健康、家用电器、机器人、AVG、无人机、电动车等。

与消费电源市场不同的是,这些新兴的市场更重视大功率无线充电技术的稳定性和安全性。尤其是随着机器人、AVG等的智能化水平越来越高,无线充电功能凭借不裸露电极,无接触、无需精确对准、充电安全不漏电、节约人工检修维护成本等优势,逐渐获得市场认可,发展前景十分可观。

MICROCHIP微芯推出300W无线充模块

近日充电头网了解到,MICROCHIP微芯官网上架了一款300W中功率无线充电方案。作为全球领先的单片机和模拟半导体供货商,该方案的推出意味着MICROCHIP已经开始布局工业级无线充电技术。

充电头网通过在线下单的方式,从MICROCHIP官网购买了一套300W无线充电方案,今天主要为大家分享这套300W大功率无线充电方案上手体验以及简单的性能评测。

MICROCHIP微芯这套300W无线充电模块分为发射端和接收端两个部分,均采用绿色PCB板设计。

先来为大家简单介绍发射端部分,此模块由三块PCB板组成,正面主PCB板左侧设有为无线充电发射控制电路,右侧为发射线圈;无线充电发射线圈外围的NFC检测线圈印制在PCB板上;下方通过排针连接的PCB板上设有一块OLED显示屏幕以及操作按键。

发射端模块的背面设有一块大体积的散热片,同时也设有调压电路以及滤波电路。

发射端模块的长度约为140mm。

宽度约为104.4mm。

厚度约为32.8mm。

净重约为325g,重量主要来自金属散热片。

接着来看无线充电接收端模块,外形比较方正,正面同样采用了一块较大的散热片,同时也设有一个整流电感以及四颗滤波电容。无线充电接收芯片设在电感左侧位置。

背面居中是无线充电接收线圈,线圈与PCB板之间设有隔磁盘,隔磁盘下面还有一层绝缘导热垫。

无线充电接收端模块的长度约为80.2mm。

宽度约为70.2mm

厚度约为30.4mm。

接收端模块净重约为217g。

MICROCHIP微芯300W无线充模块用料

下面对MICROCHIP 300W无线充电模块的结构和用料做一个详细的介绍,还是先从无线充电发射端模块开始。

无线充发射端型号为EVB-WP300,已经通过的FCC认证。左下角是一颗来自MICROCHIP的无线充电发射主控芯片,中间有一颗驱动芯片,右侧为两颗同型号的线圈驱动MOS管,同时还设有6颗NPO谐振电容。

NFC线圈通过FPC连接在主控PCB板上。

细看可见,发射线圈两层设计。

无线充电线圈由TECH MOUNT生产。

无线充电发射端主控芯片采用的是微芯WP300TX01,这是一款固定功能设备 (FFD),设计用于执行无线电力传输功能。该芯片与 WP300RX01配对作为无线电源接收器功能。值得一提是的300W是使用数字控制器功能可以传输的最大功率。

微芯WP300TX01详细规格数据。

目前微芯WP300TX01已经在官网单独上架销售,有兴趣可以前往微芯官网了解更多信息。

来自Allegro的线性电流传感器,型号ACS711,具有过流功能,适用于<100V隔离应用。

Allegro ACS711规格数据。

两颗线圈驱动MOS管,来自CYStech全宇昕科技,型号MT8YE7D0N06RSH8。

在PCB板背面最新的位置设有调压电路,用于无线充电主控芯片供电和其他功能。

角落这边设有连接器,可以分离主功能电路板与检测用OLED显示电路板。

屏幕所在PCB板的背面设有两颗芯片以及三个控制开关。

背面的散热片拆除,线圈背面采用露铜过孔处理,加强散热性能

一颗来自微芯的温度检测IC,型号TCN75A。

两颗MOS以及6颗NPO电容,无线充Tx发射端部分一共享了四颗MOS,两两一组,分别用于上桥和下桥。

两颗来自DIODES的MOS驱动器,型号DGD05463。

DIODES DGD05463规格数据。

接下来看看无线充电接收模块部分:

用于整流的电感以及四颗固态电容。

无线充电接收芯片采用的是微芯WP300RX01,这是一款固定功能设备 (FFD),旨在执行无线电源传输接收功能。该芯片与 WP300TX01 配对作为无线功率发射器功能。300W是使用数字控制器功能可以传输的最大功率。 

微芯WP300RX01详细介绍。

无线充电接收芯片微芯WP300RX01同样已经在官网上架。

继续将接收端上的散热片拆除下卖弄要隐藏了几颗器件。

CYStech全宇昕科技的整流二极管,右侧是一颗MOS,同样来自CYStech全宇昕科技,型号MT8YE7D0N06RSH8。

另外两颗同型号的MOS管,用于DC-DC降压。

 

来自ADI 的DC-DC控制器,型号LT3840。

背面的接收线圈同样为两层设计,线圈的焊点之间为16颗NPO电容。

将线圈拆下,底部PCB板上设有一颗MOS管和一颗整流二极管。

MOS管和整流二极管特写,与正面的同型号。

MICROCHIP微芯300W无线充模块上电测试

介绍完MICROCHIP 300W无线充模块外观和基本用料之后,下面接通电源做一些简单的测试。由于实验室现有的直流电源和负载,其最大功率都只能支持到150W,所以针对于这套模块的效率测试仅限于150W以内。此外,测试数据因测试环境的不同会有所差异,结果仅供参考。

1、FOD异物检测及NFC检测

将该无线充电模块的Tx发射端接入24V电源,可见显示屏幕成功被点亮,整个发射端已经处于正常待机状态。从屏幕显示的内容可见发射端的频率为85.8KHz,输入电压为23.99V,目前处于待机状态,电流为0.02A,待机功耗约为0.4W。

首先进行的FOD异物检测,直接在无线充电线圈上放入一个线圈,即可触发异物检测功能,屏幕会显示“Metal-FOD”,并且系统会发出警告提示音,功率依然保持在0.4W,也就是说没有输出。

除了硬币这种较大块的金属之外,即使放上曲别针后,系统触发异物检测功能,能够非常灵敏的检测到金属异物的存在。

随后将金属换成银行卡,则系统会检测到NFC,非常灵敏。

2、效率测试

测试完FOD异物检测和NFC检测功能之后,下面接着测试一下整套无线充电系统的效率。供电端采用的是两台直流电源并联,提供24V10A输出能力,负载端选用的是艾德克斯IT8511A,最大负载功率为150W。通过调整电子负载的电流,可以获得不同功率下的效率数据。

在空载模式下,通过Tx发射端显示屏可见,输入端的电压为23.96V,电流为0.23A,功率约为5.5W。

随后将电子负载的电流调整为1A,此时负载端的电压为23.95V(压降忽略不计),负载功率23.94W,而Tx发射端的电压为23.94V,电流1.34A,功率约为32W,通过换算可知效率约为74.81%。

继续将电子负载的电流调整为2A,此时负载端的电压为23.94V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.92V,电流为2.37A,发射功率56.6W,整体效率约为84.55%。

将负载电流调整为3A,此时负载端的电压为23.933V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.9V,电流为3.42A,发射功率81.7W,整体效率约为87.87%。

当负载电流为4A时,此时负载端的电压为23.923V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.88V,电流为4.49A,发射功率107.2W,整体效率约为89.26%。

当负载电流调整为5A时,此时负载端的电压为23.913V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.86V,电流为5.59A,发射功率133.3W,整体效率约为89.67%。

当负载电流调整为6A时,此时负载端的电压为23.902V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.86V,电流为6.66A,发射功率158.9W,整体效率约为90.25%。

继续负载电流调整为6.274A,此时负载端处于最大150W功率运行,电压为23.9V(压降忽略不计),Tx发射端电压为23.84V,电流为6.99A,发射功率166.6W,整体效率约为90.00%。

最后将该无线充电方案的测试数据整理成曲线图,可以看到,方案在小电流模式下的效率相对偏低,1A电流带载,效率约为74.8%;随着带载电流增加,整个无线充电系统的效率也在增加,最高效率甚至突破了90%,比现很多传统的电源适配器效率还高,这对于无线充电系统而言十分难得。

3、温升测试

对于大功率无线充电系统而言,温升是衡量方案性能的另一个重要的参数,基于现有的测试设备,在室温约为25℃环境中,充电头网对该套无线充电方案进行了150W负载、1小时老化测试,并使用FLIR E4红外热像仪每隔半小时检测一次温度。

150W负载老化30分钟后,检测到该无线充系统的最高温度为87.2℃,出现在接收端整流电感处。

在经过1小时的150W负载老化后,整套无线充电系统的最高温度点没有发生变化,温度上升为90.1℃。

同时测得Tx发射端背面的最高温度约为70℃。

充电头网总结

正如文章开头提到的,大功率无线充电技术的应用场景很多,市场一片蓝海。同时,相对于消费级无线充而言,大功率无线充电方案的技术难度也更大,门坎更高。充电头网本次拿到这套300W无线充电模块,基于全套MICROCHIP主控芯片开发,整套模块的设计巧妙,做工精致,并且发射端自带显示屏,方便用户调试。

这套无线充电模块采用的是24V DC输入/24V DC输出规格,据了解,这套无线充电模块还可以根据用户实际应用需求设置为12V DC输入/12V DC输出以及36V DC输入/36V DC输出,满足不同产品应用的需求。

性能方面,除了300W大功率的亮点之外,这套无线充电模块还具备灵敏的FOD异物检测和NFC功能,这也能确保方案在量产产品中的安全性。经过简单测试,该无线充电模块的空载功耗约为5-6W,所以当负载电流较小时,效率略低;负载电流越大,效率也越高,实测150W负载效率可达到90%左右。

同时该无线充电模块能够在150W负载功率下平稳运行,在无主动散热的情况下,半小时最高温度约为87℃,1小时接收端最高温度约为90℃,表现良好。

MICROCHIP微芯针对大功率无线充电市场推出的这一整套完整解决方案,在未来将有望让机器人、AVG、无人机、电动车等产品提前步入无线充电时代。

责编:Amy.wu
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