《可輕松實(shí)現(xiàn)無線供電功能的13.56MHz無線充電模塊》白皮書

市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，在智能手機(jī)和智能手表等眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，由于可以取消充電端口并提高防水和防塵性能，無線供電功能的應(yīng)用越來越廣泛。同樣，在小型薄型設(shè)備領(lǐng)域，對(duì)這種非常方便的無線供電功能的需求也日益增長(zhǎng)。另一方面，由于天線形狀、尺寸和距離等因素會(huì)影響到能否實(shí)現(xiàn)供電功能以及供電效率，因此需要在電子設(shè)備整機(jī)上反復(fù)進(jìn)行試制、調(diào)整、評(píng)估等工作之后才能實(shí)現(xiàn)無線供電功能，這使得天線設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)方面的開發(fā)負(fù)擔(dān)非常繁重。因此，業(yè)內(nèi)對(duì)于更好地通用于小型設(shè)備的無線供電標(biāo)準(zhǔn)和方式的期望值越來越高。

無線供電方式及其特點(diǎn)

無線供電方式有很多種，比如磁共振方式(通過使發(fā)射端和接收端的諧振器形成磁場(chǎng)共振來傳輸電力)和電磁感應(yīng)方式(利用在發(fā)射端和接收端之間產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)來傳輸電力)。其中，磁共振方式的13.56MHz無線充電，因其頻率高而具有可采用更小型天線的特點(diǎn)。

ROHM推出的無線充電模塊為天線和電路板一體型模塊，支持13.56MHz，可輕松實(shí)現(xiàn)小型薄型設(shè)備的無線供電功能。

圖1. 無線供電方式比較

支持13.56MHz高頻段的無線充電模塊“BP3621”和“BP3622”簡(jiǎn)介

此次介紹的“BP3621(發(fā)射端模塊)”“BP3622(接收端模塊)”是業(yè)內(nèi)率先(截至2021年11月ROHM調(diào)查數(shù)據(jù))使用13.56MHz頻段的小型通用無線充電模塊，可提供高達(dá)200mW的供電量，而且，通過優(yōu)化天線/布局設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了約20mm～30mm見方的小尺寸模塊。由于可以顯著減少優(yōu)化供電效率所需的試制、調(diào)整、評(píng)估等工作的開發(fā)工時(shí)，因此可以輕松實(shí)現(xiàn)小型薄型設(shè)備的無線供電功能。此外，內(nèi)置天線還支持雙向數(shù)據(jù)通信和NFC Forum Type3 Tag通信，這將有助于擴(kuò)展應(yīng)用產(chǎn)品的通信功能。

照片1. 無線充電模塊“BP3621”和“BP3622”

接下來介紹“BP3621”和“BP3622”(以下簡(jiǎn)稱“本產(chǎn)品”)的具體功能及其效果。

可大大縮短開發(fā)周期，并輕松實(shí)現(xiàn)無線供電功能

本產(chǎn)品采用了特有的匹配調(diào)整的天線設(shè)計(jì)技術(shù)、以及可以減少布線損耗的電路板布局設(shè)計(jì)技術(shù)。作為集成了這些技術(shù)的天線和電路板一體型模塊，與天線和控制電路單獨(dú)配置的情況相比，可以保證饋電特性，因此無需進(jìn)行天線設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)和饋電特性評(píng)估即可進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)估。這將顯著縮短開發(fā)周期和電路板修改的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，并可輕松實(shí)現(xiàn)無線供電功能。

圖2. 開發(fā)流程對(duì)比示意圖

外殼設(shè)計(jì)的靈活性更高

本產(chǎn)品采用13.56MHz高頻段的磁共振方式，天線尺寸更小，從而能夠?qū)⑻炀€、匹配電路和無線充電IC集成在小型電路板上，這是現(xiàn)有無線供電標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)的。尺寸方面，發(fā)射端模塊“BP3621”為35.0mm × 26.0mm × 1.5mm，接收端模塊“BP3622”為24.0mm × 17.0mm × 1.5mm。另外，將所需元器件全部安裝在正面，通過采用背面全平的電路板結(jié)構(gòu)，使其更易于粘貼在外殼上，從而有助于簡(jiǎn)化外殼結(jié)構(gòu)并提高設(shè)計(jì)靈活性。

圖3. 產(chǎn)品尺寸和外觀

通過模塊內(nèi)置的天線，擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信功能

由于本產(chǎn)品使用與NFC通信標(biāo)準(zhǔn)相同的13.56MHz高頻段，因此通過模塊內(nèi)置的天線可以同時(shí)支持供電和通信兩種功能。可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信(通信速度為212kbps，最多256字節(jié))和NFC Forum Type3 Tag通信，有助于擴(kuò)展應(yīng)用產(chǎn)品的數(shù)據(jù)通信功能，比如傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備信息和認(rèn)證信息的數(shù)據(jù)安全傳輸與改寫、固件下載、電池輸出電壓值的發(fā)送等。

圖4. 無線數(shù)據(jù)通信示意圖

無線充電模塊采用案例

為了提高便利性并實(shí)現(xiàn)防水防塵功能，業(yè)內(nèi)已經(jīng)在研究在各種應(yīng)用設(shè)備中內(nèi)置無線充電模塊。對(duì)于無線連接正在逐漸成為標(biāo)配的電腦鍵盤而言，可以說是一個(gè)很好的應(yīng)用案例，因?yàn)榭梢允∪ジ鼡Q電池和通過數(shù)據(jù)線連接充電的麻煩。通過從內(nèi)置供電模塊的平板電腦向內(nèi)置電力接收模塊的移動(dòng)鍵盤供電，可以實(shí)現(xiàn)無需更換電池、無需充電的完全無線鍵盤。

圖5. 應(yīng)用案例

本產(chǎn)品還適用于要求防水和防塵的設(shè)備，例如電子貨架標(biāo)簽和GPS跟蹤器等應(yīng)用。電力接收模塊的重量?jī)H為0.38g，因此在某些案例中，通過安裝無線充電模塊，就可以使用更小容量的電池，有助于減輕電子設(shè)備的重量。預(yù)計(jì)本產(chǎn)品在未來將會(huì)擴(kuò)大應(yīng)用到更多案例中。

提供應(yīng)用指南，為客戶設(shè)計(jì)提供大力支持

ROHM在官網(wǎng)上發(fā)布了應(yīng)用指南，致力于進(jìn)一步為客戶輕松實(shí)現(xiàn)無線充電功能并縮短開發(fā)周期貢獻(xiàn)力量。在應(yīng)用指南中，提供了作為主要功能的電源功能和通信功能的設(shè)置條件、以及使用連接方法等內(nèi)容。今后，ROHM還計(jì)劃擴(kuò)大評(píng)估板等產(chǎn)品的陣容，進(jìn)一步強(qiáng)化支持體系，以促進(jìn)無線充電模塊的普及。

圖6. 應(yīng)用指南

結(jié)語

未來，ROHM將繼續(xù)擴(kuò)充外形小巧、輸出功率高的無線充電模塊產(chǎn)品陣容，進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大適用的目標(biāo)設(shè)備范圍，為減少客戶的設(shè)計(jì)開發(fā)周期和提高應(yīng)用產(chǎn)品的便利性做出貢獻(xiàn)。

圖7. 產(chǎn)品陣容