【Boceive】基於易沖 CPS4057 的 WPC 50W Max 無線充電接收端方案

一、 Boceive 方案介紹

1. 應用場景描述

近年來,無線充電功能逐漸被應用到各種便攜型智能設備中。作為無線充電技術和創新的全球領導者,易沖無線充電科技有限公司是國際無線充電盟 WPC 共同創始人之一,也是全球第一家推出兼容 QI 標準產品的公司。
易沖推出的 CPS4057 公版平台是一個高效的,符合 QI 協議的無線充電接收/發送集成系統. 接收端方案兼容 Qi-BPP/QI-EPP 標準, 提供 5W/10W/15W/50W 輸出功率測試。發射端方案支持輸入電壓 5-10V,提供 5W 輸出功率。
同時,它有原廠提供配套的 E-link 燒錄器,通過 I2C 進行通信。原廠提供的官方 GUI 使得該款開發板簡單易用,寄存器內容清晰明了、容易獲得,部分寄存器內容可讀可寫,方便調試。

2.方案簡介

Boceive支持雙向無線充電,可在接收或發射模式下工作。

1.1 RX模式 

在接收(Rx)模式下,交流無線電源由集成全波同步整流器從 AC1/AC2 引腳接收。整流直流電壓/能量存儲在連接到 VRECT 引腳的電容上,電容還用作低通濾波器,以減少 VRECT 上的波紋電壓。然後,集成 LDO 將為後續系統負載(如充電器)提供可編程、可調節的輸出電壓 VOUT 。

1.2 TX模式

CPS4057 還支持發射(Tx)模式。為了使用單晶片解決方案實現反向無線充電,CPS4057 模塊將在Tx模式下重新使用或重新配置。CPS4057 應將 LDO 設置為旁路模式,並將整流器功率FET重新用作 DC-AC 轉換的功率逆變器。出於通信目的,將啟用 ASK 去調製電路。電壓/電流傳感用於電壓/電流檢測和 FOD 檢測。

二、 操作方法與功能測試

1.GUI
操作方法 

1.1. 軟體安裝環境

軟體支持 Win7/Win8/Win10,配合 E-Link 使用,CPS4057GUI 版本為 V2.0.0,E-Link 固件版本為 V1.8.4(硬體 2.0)/V2.1.7(硬體 2.1) 及以上版本。 

1.2. 硬體連接環境

使用 E-Link 按照接線指引完成目標板的連接,若使用外部電源供電,則不接 5V。

 

圖1.2.1 E-link 實物

 

圖1.2.2  DEBUG 接線方式

2.GUI 操作界面介紹

2.1. E-Link 版本信息

CPS4057GUI 運行時會自動檢測並連接 E-Link,如圖 2.1.1 所示。

 

圖 2.1.1 Elink 軟體版本信息

 

2.2. 基本操作界面

此功能頁面主要實現 Rx/Tx 模式下寄存器的讀寫,界面如圖 2.2.2 所示。

 

圖 2.2.2 Basic 界面

 

Basic 界面各功能塊定義:

a、 連接 IC, 如果要執行其他任何操作,請首先單擊“Connect”(燒錄程序時,若無外部供電,則需要先點擊 b,打開 E-Link 的 5V 供電);

b、 打開/關閉 E-Link 的 5V 供電;

c、 IC 工作模式讀取(Rx mode/Tx mode) 

d、 CPS4057 Rx 模式下的寄存器讀取:

  • Vout:Rx 輸出電壓 ADC 值
  • Vrect:Rx 整流輸出電壓 ADC 值
  • Iout: Rx 輸出電流 ADC 值
  • Freq:Rx AC 頻率
  • Die_TMP:IC 溫度
  • SSP:SS packet 值
  • CEP:CE packet 值
  • RPP:RP packet 值

e、 輸出電壓設定(~20mV/step).

f、 發送 EPT packet

g、 Tx VPA 電壓設定(Rx 50W 測試):

  • Rx set TX VPA 9V:發送特殊包“0x38 0x23 0x28 0x23” 提高 Tx 供電電壓,

並將 Vout 設置為 9V。

  • Rx set Tx VPA 15V: 發送特殊包“0x38 0x23 0x98 0x3A” 提高 Tx 供電電壓,

並將 Vout 設置為15V。

 

圖 1-3 Tx-Rx 50W 工作流程

 

h、 發送 ASK 透傳包

i、 CPS4057 Tx 模式下的寄存器讀取:

  • Vrect:Tx 輸入電壓 ADC 值
  • Irect: Tx 輸入電流 ADC 值
  • Die_TMP: IC 溫度
  • FOP_VAL: Tx AC 頻率
  • PING_Freq: Tx ping 頻率
  • CEP: CE packet 值
  • RPP: RP packet 值

j、 程序下載及更新:(程序下載前,需要點擊 “Open 5V”,打開 E-Link 的 5V 供電,然後點擊 “Connect” 連接 IC,IC 連接成功後才可進行程序下載);

  • 點擊“Load Hex”加載需要下載的 Hex 文件
  • Hex 文件加載完成後,點擊“Program”進行程序下載

k、 Log 信息

 

 三、快充操作演示

3.1 建立 EPP 協議

如圖3.1.2所示,將RX開發板與 TX開發板配合使用。

 

圖 3.1.1 RX TX配合使用

然後,將E-link 與RX 相連接,並打開官方GUI 。

Tx 需要用≥65W PD 適配器供電,CPS4057會建立 EPP,並輸出 12V, 如圖 3.1.3 。

 

圖 3.1.3 DEMO 建立 EPP

 

3.2 帶載 50W

使用“Set Vout”功能,填入“20V”,點擊“Set Vout(V)”,成功後輸出會變為 20V,此時就可以

帶載 2.5A,功率達到 50W,如圖 3.4.1 。

 

圖 3.2.1 帶載 50W 成功

 

四、 參考文獻

  1. CPS4057公版平台規格書_V1.0
  2. CPS4057_Public_Gui_V2.0.0
  3. CPS4057_Datasheet_v0.2.2

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►RX 模式

►TX 模式

►核心技術優勢

CPS4057關鍵性能指標 (1) 兼容WPC 1.2.4 標準; (2) 接收功率高達 50W ; (3) TX模式下的 Q-detect 可以提高 FOD 性能; (4) 嵌入式 ARM 內核,32kB MTP ,最大化系統設計靈活; (5) 低 RDS(ON) 全同步整流器; (6) 具有溫度傳感器; (7) 豐富的 GPIO 接口與開漏緩衝器; (8) 支持系統配置和用戶可編程的I2C接口; (9) 用於輸入和輸出功率監測12位ADC; (10) 整流器過壓保護(OVP); (11) LDO 過電流保護(OCP); (12) 過溫保護(OTP); (13) 封裝為 WLCSP-110 。

►方案規格

(1) 符合 WPC Qi v1.2.4 標準(與 Qi v1.2.3 兼容),支持高效的能量傳輸 ; (2) 安全的雙向無線功率發射與接受(ASK/FSK),無線充電模式下, RX mode 支持高達 50W 功率接收 ,反向無線充電模式下. TX mode 支持 5W 功率發射; (3) 靈活的處理器應用埠; (4) IC 內部具有電壓/電流/溫度過載保護功能; (5) 同時外置 NTC 電路,提供溫度補償; (6) 支持 TX Mode ,實現手機等移動設備反向無線充電輸出; (7) 工作環境溫度為 -40℃ 至 85℃ .

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