恩智浦车载MPP25W无线充电系统解决方案

随着智能终端性能的不断提升，用户对充电效率和使用体验的要求持续提高。在车载场景中，无线充电已经成为提升智能座舱体验的重要组成部分。当无线充电功率提升至更高等级时，系统稳定性、安全性也随之面临更高要求。

在这一背景下, WPC (Wireless Power Consortium) 推出了新一代无线充电规范——Qi MPP (Magnetic Power Profile)25W。该标准通过引入磁吸定位机制、高频工作模式以及更可靠的异物检测方法，使无线充电在功率提升的同时，实现更加稳定、安全且一致的用户体验。

Image

图1 MPP磁吸充电

基于这一趋势，恩智浦推出完整的车载MPP25W无线充电解决方案，为客户提供从芯片、软件到参考设计的完整系统支持。下面就让我们先深入了解MPP25W标准本身，再来看看NXP的完整解决方案。

1.1 标准演进：BPP、EPP与私有快充

无线充电标准的发展，走过了一段从"能用"到"好用"的漫长路程。最早普及的BPP（Baseline Power Profile）奠定了Qi生态的基础，但5W的功率上限在智能手机日益增长的续航需求面前很快捉襟见肘。为此，WPC推出了EPP（Extended Power Profile），将功率上限提升至 15W，同时引入了双向通信机制，允许发射端（TX）和接收端（RX）协商功率，并引入鉴权功能。基于标准Qi BPP和EPP的框架，许多手机厂商各自定义了私有大功率充电协议。这类私有快充虽然充电速度快，但一方面设备兼容性有限，另一方面大功率也伴随着发热严重和FOD（Foreign Object Detection）方面的难题，安全性难以保障。

 表1 BPP, EPP, 私有快充和基础MPP协议对比

1.2 MPP是什么？磁吸定位是关键

MPP是WPC在Qi规范中定义的新一代高功率档位，与BPP/EPP的根本区别在于：MPP要求发射端与接收端必须通过磁铁实现磁吸定位（Magnetic Attachment），这是进入MPP充电模式的前置条件。

这一设计对车载场景尤为重要。车内颠簸、急刹车、过弯道，手机在普通无线充电板上随时可能滑位，充电中断是小事，更危险的是金属异物趁机进入充电区域而未被检测到。磁吸定位从根本上解决了这个问题：手机被牢固吸附在充电板上，即便路况恶劣也不会轻易偏移。此外，得益于磁吸定位后TX和RX之间稳定的相对位置和耦合状态，MPP的异物检测（FOD）系统可以变得更为精准和可靠，这也是能够实现高功率充电的前提。

1.3 MPP的基础原理和特性

MPP最显著的协议特征是双频段设计，这是它与传统BPP/EPP在物理层的核心差异：

• 128 kHz识别阶段：TX系统上电后在标准Qi频段发出数字Ping，识别RX类型并完成初步协商（包括频率选择请求）。
• 360 kHz功率传输阶段：TX一旦确认对方为MPP RX，将系统切换到360kHz高频段，完成完整的功率协商并进入功率传输。

由于两个工作频段差异悬殊，且MPP需要支持线圈高耦合（High Coupling）/低耦合（Low Coupling）情况下的工作，TX和RX两端都需要配置多组可切换谐振电容，通过控制信号动态切换谐振电容，确保在两个频段以及不同线圈耦合情况下都能高效工作。

MPP协议在360kHz下支持两种工作模式。一种是最大功率5W的限制模式（Restricted Mode），主要适用于接收端电量耗尽的场景。另一种是正常情况下的全功率模式（Full Mode），最大功率可达15W。 

Image

图2 MPP充电流程

在FOD方面，支持MPLA (MPP Power Loss Accounting)功能和功率节流(Power Throttling)功能。MPLA将功率损耗拆分成线圈损耗，电路损耗，金属损耗三部分，比传统的功率损耗计算方法更精准。Power Throttling功能允许发射端在检测到功率损耗过大、过温、过流或系统异常时，主动降低输出功率而非直接关断充电。这样既能维持基本充电连接，又避免硬件过载。从用户体验角度来看，手机依然显示充电状态，只是速度暂时降低，避免了令人困惑的突然断充。

此外，MPP协议还支持Cloak Mode。该模式允许发射端在保持协商参数不丢失的前提下，短暂将功率输出降至零。触发场景包括热管理降温间隔、NFC通信共存窗口、或系统内部状态切换等。由于协商参数无需重新建立，暂停结束后可快速恢复到原功率水平，整个过程对用户几乎不可见。

1.4 MPP25W相比于MPP的主要升级

基础MPP已经是比私有快充更开放、更安全的高功率方案。那么，MPP25W在此基础上又带来了哪些实质性升级？

升级一：更高的功率上限——25W，更接近有线快充

基础MPP的最高功率为15W，而MPP25W将上限提升至25W，充电功率等级更接近有线快充。对于长途驾驶中导航、通话重度使用的用户，25W意味着真正能边用边充、保持电量，而不是"边充边掉"。

升级二：功率模式（Power Modes）——全段高效

基础MPP没有功率模式机制，发射端只能用一套固定参数应对从轻载到满载的全程，效率难以兼顾。MPP25W引入了功率模式机制，由接收端向发射端声明自身主要工作的功率范围，发射端据此优化工作点。功率模式分为两类场景：

分段优化模式（LPM / NPM / HPM）：适用于电源可动态调节的场景（如USB-PD适配器）。三种模式分别对应轻载低VRECT、中等功率、高功率高VRECT三个功率段，接收端可在运行中实时请求切换，发射端调整谐振电容、逆变电压等工作点，让系统始终在当前功率段保持最优效率。

连续功率模式（CPM）：适用于电源电压固定的场景（车载充电）。车载12V固定电源无法像USB-PD那样灵活升降压，CPM让接收端声明自己在整个功率范围内均匀优化，发射端据此在全功率段连续调节，无需分段切换。

升级三：增益线性化（Gain Linearization）——更快的功率响应

基础MPP与MPP25W均使用扩展控制误差包（XCE）进行功率闭环调节。MPP25W新增了增益线性化机制：充电协商阶段，接收端向发射端传递增益系数，发射端利用系数对功率调节量进行线性化补偿，使功率爬坡和跳变时收敛更快，减少超调和波动。

升级四：更严格的FOD体系: MatedQ+MPLA2+Delta Ploss三重防线

MatedQ：磁吸定位完成后，测量得到谐振回路的Q值和谐振频率，并与预先得到的校准值进行比对。金属异物会改变线圈感抗和等效串联电阻，导致Q值和谐振频率偏离，从而被识别。该方法能够在紧密耦合情况下可靠区分正常手机与金属异物。

MPLA2 (Improved MPP Power Loss Accounting)：在功率传输过程中持续运行，MPLA2在MPLA的基础上进一步引入Vrect和Irect参数上报，利用上报值更精确地动态计算金属损耗部分。

Delta Ploss：在25W高功率场景下，系统损耗更大，单独MPLA2检测的精度会下降，因此引入Delta Ploss的方法，其思路是"先校准、再监测变化量"：

- 充电开始后，系统在功率爬升过程中采集多个工作点，拟合出损耗与VRECT²、IRECT²的关系基准面（ΔPloss = α×VRECT² + β×IRECT²）

- 运行中实时监测实际损耗与基准面的偏差，偏差超阈值则判定为异物插入

- 若ΔPloss超限，系统将降低功率等级至15W以下并切换到MPLA2进行保护

MPP vs MPP25W主要特性对比一览：

表2 MPP和MPP25W协议对比

WCT-PPAUTOMPP参考设计是基于NXP车规级无线充电控制器MWCT20D2A，面向车载无线充电应用设计的一款MPP25W无线充电发射机，符合Qi2.3规范，样机如下图所示：

Image

图3 WCT-PPAUTOMPP样机

2.1系统组成

下面分别给出了WCT-PPAUTOMPP参考设计的系统框图和关键电路标注。整个系统大致可以分为电源管理，信号采样检测，功率调节和传输，充电控制等几个部分。

Image

图4 WCT-PPAUTOMPP系统框图

Image

图5 WCT-PPAUTOMPP关键电路

对整个无线充电装置有了大致的了解之后，我们再来看看WCT-PPAUTOMPP参考设计都有哪些优秀的特性：

• 完整Qi 2.3协议支持，从BPP到MPP25W全协议/全功率挡位兼容
• 多种FOD方法支持：Power Loss、Open Air Q、MPLA、MPLA2、MatedQ、Delta Ploss等
• ASK/FSK双向通信：采用数字解调算法（DDM），支持多种调制方式
• 支持电压调节，频率调节等调节方式
• MISRA-C合规：软件质量满足汽车电子开发规范
• 友好的FreeMASTER GUI工具和串口打印功能，便于客户调试以及测试

板载芯片MWCT20D2A是整个系统的"大脑"，主要特性如下：

• 片上安全认证模块：无需外部安全芯片，直接满足鉴权要求，大大节省BOM成本
• 集成数字解调算法，解调性能优异
• 支持低功耗待机模式
• I2C/SCI/SPI接口
• 支持过压、过流和过温等保护
• 符合AEC-Q100认证，PPAP

2.2系统软件与功能

2.2.1软件架构

在系统软件方面，NXP车载MPP25W无线充电系统解决方案提供完备的软件包，在芯片及相关的硬件基础上，高效安全地实现整个无线充电过程。软件包具有清晰的分层架构：库文件以二进制格式提供，应用层代码、WCT接口API和板级支持包(BSP)则以源码格式提供，方便用户基于参考设计快速进行二次开发。整个软件栈自上而下分为三层：

• 应用层（Application）：充电控制流程的实现，通过WCT Library API调用库功能，用户可以在应用层添加自定义充电控制逻辑代码
• WCT库（Library）：以二进制形式提供的核心引擎，包含Qi状态机、协议控制、功率控制、解调通讯、FOD算法等核心模块
• WCT Interface API / HAL：以源码形式提供，包含参数接口、特殊功能接口（Q值测量等）、Qi通讯回调函数等，以及硬件抽象层（HAL），用户可在此层对接具体硬件平台

Image

图6 WCT软件层架构示意图

2.2.2调试工具：FreeMASTER GUI TOOL

FreeMASTER GUI是恩智浦无线充电系统解决方案配套的图形化开发调试工具，通过板载UART/JTAG接口连接使用。FreeMASTER是非侵入式实时调试工具，不影响充电运行，允许以图形表示和准确数值等方式实时监控变量数据及其变化，并支持从软件界面中直接修改相关的变量供调试。此外，还具备NVM参数的在线校准和读写功能。

Image

图7 FreeMASTER状态显示界面1

Image

图8 FreeMASTER状态显示界面2

基于MWCT20D2A芯片开发的WCT-PPAUTOMPP参考设计只是NXP车载MPP25W无线充电系统解决方案家族的一员。NXP提供多种适用于不同应用场景的无线充电控制芯片和对应的MPP25W参考设计，以满足客户对不同功能和成本点的需求，包括但不限于：

   表3 NXP MPP25W可选芯片及应用场景

无论您的项目需要单通道还是双通道MPP25W系统解决方案，NXP都有对应的芯片与参考设计支持。

MPP25W标准的到来，标志着车载无线充电真正迈入新阶段——不只是功率数字的提升，更是充电稳定性、效率和安全性的全面升级。

恩智浦能够提供完整的车载MPP25W无线充电系统解决方案，覆盖从芯片、参考设计、软件包到调试工具的环节，帮助客户大幅缩短研发周期，加速量产落地。对于不同的应用场景，恩智浦支持多种芯片和平台的解决方案，欢迎联系NXP团队进一步了解。

来源：恩智浦

免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理（联系邮箱：cathy@eetrend.com）。