意法半导体面向可穿戴设备的无线充电解决方案

创新将成为产品成功的关键。无线充电是发展势头迅猛的新兴技术之一。电磁感应式充电是目前最主流的无线充电技术，紧随其后的是谐振式无线充电。无线充电联盟负责维护和制定各种无线充电应用标准，其中包括功率高达 15W 的智能手机和便携式设备无线充电的Qi标准。该联盟有 350 多家成员公司，半导体巨头意法半导体也是其中之一。

意法半导体是一家处于世界前沿的创新公司，同时也是个人电子产品、医疗和工业应用领域无线充电解决方案的主要供应商。个人电子产品中的无线充电技术具有诸多显著优势，例如可实现防水防尘设计，从而延长产品寿命，改善用户体验，实现无端口设计。

除给电池充电外，无线充电技术还可以直接为设备供电。在很多工业应用中，无线供电可以增强机械臂的活动自由度。在医疗和美容设备中，无线供电可实现产品密封设计，方便在后续使用前进行消毒。

意法半导体可提供1W 至 100W功率的无线充电芯片。STWLC38 是一款获得 Qi 1.3 认证的无线电能接收器芯片，针对可穿戴设备、耳机等空间受限的产品设备应用进行了优化，最大功率可达15w，而总体面积（包括外围元件）仅为 7mm x 7mm。STWLC38 可以与STWBC86发射器芯片配套使用。

STWLC38 采用 2.1mm x 3.3mm的 WLCSP40 封装（晶圆级芯片尺寸封装），输出电压在 4v至 12v范围内可调，分辨率为 25mV。处理器内核是 ARM 32 位 Cortex™-M0+，主频最高64MHz，存储器包括64KB ROM、16kB RAM，以及可以像闪存一样保存固件补丁的32kB RRAM。

异物检测 (FOD) 是无线充电产品设计过程中的一个重要环节。这个功能可以检测发射线圈和接收线圈之间存在的异物，并及时切断电源。当有金属物体放置在发射线圈的磁场中时，在金属上会感应出涡流，导致金属温度迅速升高。STWLC38 能够精确测量电压电流，并内置多种保护措施来监控过流、过压和过热等情况。

STWBC86是一款兼容 Qi1.2.4无线充电标准的电能发射器，在 Qi 标准协议下最高发射功率为5W 。它是一款集成全桥逆变器的单芯片解决方案，还配备了主频64MHz 的 ARM 32 位 Cortex™-M0+ 内核和 8 kB RAM，以及用于安装固件补丁的8 kB FTP（多次可编程存储器）。该设计针对 Qi 标准A11a 拓扑进行了优化，并采用低导通内阻逆变器，以提高能效。

充电从有线变无线对于开发者来说是一个很大的挑战。为了简化开发过程，ST 推出了两种成熟的解决方案。STDES-WLC38WA（图1a）和 STDES-WBC86TX（图 1b）组成一套可穿戴应用无线充电整体解决方案，并配备PCB Gerber 文件、固件、软件、设计指南和技术说明，方便用户开发PCB电路板，当作即插即用的设备使用。PCB 面积为 7mm*7mm（图 1c），特别适用于空间受限的设备。

STDES-WLC38TWS（图 2a）是已有的成熟 TWS（真无线立体声）充电盒解决方案。定制线圈（图 2b）针对 TWS 外壳进行了优化，让用户可以轻松构建无线充电解决方案。借助这些参考设计，开发者可以大大缩短产品上市时间。

图1a：基于STWLC38的STDES-WLC38WA可穿戴设备无线充电接收板

图 1b：基于 STWBC86 的 STDES-WBC86TX无线充电发射板

图1c：STDES-WLC38A与一元欧元硬币比较

图2a：基于STWLC38RX的STDES-WLC38TWS无线充电接收器板

图2b：STDES-WLC38TWS无线充电接收板定制线圈

在 5W 至 15W 的功率范围内，STWLC38能效在同类产品中表现出众（图 3）。

图 3：能效与接收器输出功率

无线充电的用户体验在很大程度上取决于充电器是否便捷好用。无疑，发射器和接收器对接错位会影响无线充电效果，我们最不想看到的情况是，手机或耳机在充电器上放了两个小时却一点电都没有充进去！

ST推出了一项叫做“ARC，即自适应整流器配置”的专利技术，即使接收器与发射器错位幅度高达 50%，设备也能照常充电。这大大提升了用户体验，用户只要将智能手表随意放在充电器上，无需太在意手表对齐充电线圈，即可完成充电。

ST的接收器集成电路还实现了另一出色应用场景 —— 反向充电。用户可以把无线接收器变为无线发射器或充电器。例如，用户可以使用有ST 接收器芯片的智能手机给智能手表或另一部智能手机等设备充电。

设计公司面临 Qi 认证耗时又昂贵的烦恼。ST 能提供一个预合规测试解决方案，助力创新者在设备与充电器交互和Qi 标准认证上先行一步。