【Boceive】基于易冲 CPS4057 的 WPC 50W Max 无线充电接收端方案

一、 Boceive 方案介绍

1. 应用场景描述

近年来,无线充电功能逐渐被应用到各种便携型智能设备中。作为无线充电技术和创新的全球领导者,易冲无线充电科技有限公司是国际无线充电盟 WPC 共同创始人之一,也是全球第一家推出兼容 QI 标准产品的公司。
易冲推出的 CPS4057 公版平台是一个高效的,符合 QI 协议的无线充电接收/发送集成系统. 接收端方案兼容 Qi-BPP/QI-EPP 标准, 提供 5W/10W/15W/50W 输出功率测试。发射端方案支持输入电压 5-10V,提供 5W 输出功率。
同时,它有原厂提供配套的 E-link 烧录器,通过 I2C 进行通信。原厂提供的官方 GUI 使得该款开发板简单易用,寄存器内容清晰明了、容易获得,部分寄存器内容可读可写,方便调试。

2.方案简介

Boceive支持双向无线充电,可在接收或发射模式下工作。

1.1 RX模式 

在接收(Rx)模式下,交流无线电源由集成全波同步整流器从 AC1/AC2 引脚接收。整流直流电压/能量存储在连接到 VRECT 引脚的电容上,电容还用作低通滤波器,以减少 VRECT 上的波纹电压。然后,集成 LDO 将为后续系统负载(如充电器)提供可编程、可调节的输出电压 VOUT 。

1.2 TX模式

CPS4057 还支持发射(Tx)模式。为了使用单芯片解决方案实现反向无线充电,CPS4057 模块将在Tx模式下重新使用或重新配置。CPS4057 应将 LDO 设置为旁路模式,并将整流器功率FET重新用作 DC-AC 转换的功率逆变器。出于通信目的,将启用 ASK 去调制电路。电压/电流传感用于电压/电流检测和 FOD 检测。

二、 操作方法与功能测试

1.GUI
操作方法 

1.1. 软件安装环境

软件支持 Win7/Win8/Win10,配合 E-Link 使用,CPS4057GUI 版本为 V2.0.0,E-Link 固件版本为 V1.8.4(硬件 2.0)/V2.1.7(硬件 2.1) 及以上版本。 

1.2. 硬件连接环境

使用 E-Link 按照接线指引完成目标板的连接,若使用外部电源供电,则不接 5V。

 

图1.2.1 E-link 实物

 

图1.2.2  DEBUG 接线方式

2.GUI 操作界面介绍

2.1. E-Link 版本信息

CPS4057GUI 运行时会自动检测并连接 E-Link,如图 2.1.1 所示。

 

图 2.1.1 Elink 软件版本信息

 

2.2. 基本操作界面

此功能页面主要实现 Rx/Tx 模式下寄存器的读写,界面如图 2.2.2 所示。

 

图 2.2.2 Basic 界面

 

Basic 界面各功能块定义:

a、 连接 IC, 如果要执行其他任何操作,请首先单击“Connect”(烧录程序时,若无外部供电,则需要先点击 b,打开 E-Link 的 5V 供电);

b、 打开/关闭 E-Link 的 5V 供电;

c、 IC 工作模式读取(Rx mode/Tx mode) 

d、 CPS4057 Rx 模式下的寄存器读取:

  • Vout:Rx 输出电压 ADC 值
  • Vrect:Rx 整流输出电压 ADC 值
  • Iout: Rx 输出电流 ADC 值
  • Freq:Rx AC 频率
  • Die_TMP:IC 温度
  • SSP:SS packet 值
  • CEP:CE packet 值
  • RPP:RP packet 值

e、 输出电压设定(~20mV/step).

f、 发送 EPT packet

g、 Tx VPA 电压设定(Rx 50W 测试):

  • Rx set TX VPA 9V:发送特殊包“0x38 0x23 0x28 0x23” 提高 Tx 供电电压,

并将 Vout 设置为 9V。

  • Rx set Tx VPA 15V: 发送特殊包“0x38 0x23 0x98 0x3A” 提高 Tx 供电电压,

并将 Vout 设置为15V。

 

图 1-3 Tx-Rx 50W 工作流程

 

h、 发送 ASK 透传包

i、 CPS4057 Tx 模式下的寄存器读取:

  • Vrect:Tx 输入电压 ADC 值
  • Irect: Tx 输入电流 ADC 值
  • Die_TMP: IC 温度
  • FOP_VAL: Tx AC 频率
  • PING_Freq: Tx ping 频率
  • CEP: CE packet 值
  • RPP: RP packet 值

j、 程序下载及更新:(程序下载前,需要点击 “Open 5V”,打开 E-Link 的 5V 供电,然后点击 “Connect” 连接 IC,IC 连接成功后才可进行程序下载);

  • 点击“Load Hex”加载需要下载的 Hex 文件
  • Hex 文件加载完成后,点击“Program”进行程序下载

k、 Log 信息

 

 三、快充操作演示

3.1 建立 EPP 协议

如图3.1.2所示,将RX开发板与 TX开发板配合使用。

 

图 3.1.1 RX TX配合使用

然后,将E-link 与RX 相连接,并打开官方GUI 。

Tx 需要用≥65W PD 适配器供电,CPS4057会建立 EPP,并输出 12V, 如图 3.1.3 。

 

图 3.1.3 DEMO 建立 EPP

 

3.2 带载 50W

使用“Set Vout”功能,填入“20V”,点击“Set Vout(V)”,成功后输出会变为 20V,此时就可以

带载 2.5A,功率达到 50W,如图 3.4.1 。

 

图 3.2.1 带载 50W 成功

 

四、 参考文献

  1. CPS4057公版平台规格书_V1.0
  2. CPS4057_Public_Gui_V2.0.0
  3. CPS4057_Datasheet_v0.2.2

场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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RX 模式

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TX 模式

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核心技术优势

CPS4057关键性能指标 (1) 兼容WPC 1.2.4 标准; (2) 接收功率高达 50W ; (3) TX模式下的 Q-detect 可以提高 FOD 性能; (4) 嵌入式 ARM 内核,32kB MTP ,最大化系统设计灵活; (5) 低 RDS(ON) 全同步整流器; (6) 具有温度传感器; (7) 丰富的 GPIO 接口与开漏缓冲器; (8) 支持系统配置和用户可编程的I2C接口; (9) 用于输入和输出功率监测12位ADC; (10) 整流器过压保护(OVP); (11) LDO 过电流保护(OCP); (12) 过温保护(OTP); (13) 封装为 WLCSP-110 。

方案规格

(1) 符合 WPC Qi v1.2.4 标准(与 Qi v1.2.3 兼容),支持高效的能量传输 ; (2) 安全的双向无线功率发射与接受(ASK/FSK),无线充电模式下, RX mode 支持高达 50W 功率接收 ,反向无线充电模式下. TX mode 支持 5W 功率发射; (3) 灵活的处理器应用端口; (4) IC 内部具有电压/电流/温度过载保护功能; (5) 同时外置 NTC 电路,提供温度补偿; (6) 支持 TX Mode ,实现手机等移动设备反向无线充电输出; (7) 工作环境温度为 -40℃ 至 85℃ .

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