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急成長するワイヤレス給電市場向け
ソリューションの優位性と様々な
アプリケーション応用例の紹介
FTF-IND-F0661
神長 慎 | マイクロコントローラ グループ
DEE.04.2014
TM
External Use
Agenda
•
ワイヤレス給電市場の今後の動向
•
フリースケールのワイヤレス給電ソリューション
•
車載向けワイヤレス給電応用例
•
まとめ
TM
External Use
1
ワイヤレス給電市場
TM
External Use
2
ワイヤレス給電市場
Transmitter vs. Receiver
1200
1200
Phones & Accessories
1070
1070
Wearables
Tx
1000
1000
Rx
Personal Computing & Accessories
Medium Power Applications
Tx-Standalone
800
743
MILLION UNITS
MILLION UNITS
800
High Power Applications
600
533
600
533
362
400
362
400
743
Tx:Rx = 2:5
208
208
200
200
110
110
26
26
46
46
0
0
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Smartphones
Wearables
Medium Power - Tablets
Tx-Standalone
TM
External Use
3
2019
2020
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
Source: IMS, Gartner, Wireless Power Consortium, Powermat, A4WP
2020
どこでも充電できる環境の実現
TM
External Use
4
ワイヤレス給電のターゲット・アプリケーション
自動車
デジタル・コンスーマ機器
TM
External Use
5
台所用品
産業機器
ワイヤレス給電の標準化
Wireless Power Consortium
(WPC)
•>200社が メンバー
• 完成されたサプライ・チェイン
• 120Wまでのスケーラビリティ
• 電磁誘導方式
• 磁界共鳴方式(via Power by Proxie & Fulton)
• 動作周波数 105 – 205kHz
• フリースケールはレギュラー・メンバー
• Qualcomm, Microsoft, Samsung も参加
• Microsoft ,Samsung もボードメンバーとして参加
Alliance for Wireless Power
(A4WP)
• Qualcomm 、 Samsungが創立
• > 100社が メンバー
• 磁界共鳴方式@ 6.78MHz
• 通信周波数 @2.4GHz
• Intel も参加
TM
External Use
6
Power Matters Alliance
(PMA)
• 約 70 社がメンバー
• 電磁誘導方式
• 磁界共鳴方式(via Witricity)
• Qiとの互換性はない
• 動作周波数 300 – 350kHz
• フリースケールはメンバー
WPC Qiアップデート
•
200社以上の会社が参加
•
11%が日本企業
•
Google Nexus 5 phone, Nexus 7 Tabletで採用
•
自動車メーカが採用
−
•
Toyota, Honda, Chrysler ,Audi, Daimler など
600近い対応製品
TM
External Use
7
WPC Qi 仕様のアップデート
•
送信タイプの拡張
•
新しいコイル・タイプの追加
•
磁界共鳴方式への拡張仕様の策定
•
15W仕様への拡張
•
高速充電の実現
•
様々な機器への対応拡張（例：ミニ・タブレットなど）
•
5Wとの上位互換
•
双方向通信
•
異物検知の強化
TM
External Use
8
フリースケールの
ワイヤレス給電ソリューション
TM
External Use
9
フリースケールのバリュー
ハードウェア
• 送信機の制御に適した高性能コアと周辺機能
• デジタル復調と異物検知
• 外部との通信用にUART, SPI, I2C インタフェース
• 機能追加のためのI/Oやメモリ
ソフトウェア
• ワイヤレス給電用ファームウェアを提供
• ワイヤレス給電用パラメータのプログラム可能
• 機能セットや動作のカスタマイズが可能
• ワイヤレス給電以外の機能の追加が可能
リファレンス
デザイン
• 量産移行可能なリファレンス・デザイン
• 最小限の設定とチューニングで開発可能
• 簡単に使用できるリアルタイム・チューニング／デバッ
グ・ツールを提供
TM
External Use
10
フリースケール
•
•
•
ワイヤレス給電ライブラリ
モジュール化されたワイヤレス給電ライブラリ
アプリケーション・コードの追加
顧客のワイヤレス給電製品のカスタマイズによる差別化
Freescale API
User Layer
User Layer
• Parameter Calibration & Configuration
• Customer Code
FreeMASTER
Open
Application Level
Monitor &
Protection&
Diagnostic
APP Layer Power Control
Object
Detection
Low Power
Mode
FreeMASTER
API
API
FOD
Qi Communication
LED & Buzzer
Touch Sensor
Rail Voltage Control
Coil Selection
PID Control
Middle Layer
LIB
WCT1xxx Silicon Level Library
Open
UART
JTAG
PWM
GPIO
IIC
PIT
Timer
Flash
ADC
Processor Layer
Customer Accessible
TM
External Use
11
ソフトウェア開発ツール – WCT GUI
コンフィグ： システム・パラメータ、コイル・パラメータ、FODパラメータ
• キャリブレーション：アナログ信号の感度やFODアルゴリズムの係数
• デバッグ：リアルタイム・ステータスと値表示
•
TM
External Use
12
フリースケール・トランスミッタ
ソリューション
TM
External Use
13
ワイヤレス給電トランスミッタ
ロードマップ
Features / Complexity
Auto Premium
WCT1003A
WCT1001A
Auto Standard
WCTxxxx
15W Premium
15W Multi-Coil
WCTxxxx
15W Single-Coil
WCTxxxx
5W Premium
WCT1101
5W Multi-Coil
WCT1200
WCT1000
5W Single-Coil
1Q
2Q
3Q
4Q
2012
1Q
2013
2Q
3Q
4Q
1Q
2Q
3Q
2014
1Q
2Q
3Q
4Q
2015
Production
32QFN
4Q
Proposal
First Sample Date (left edge)
Product Qualification (right edge)
64LQFP
TM
External Use
14
コンスーマ向けトランスミッタ
5W シングルコイル充電器
Power Stage
Touch
MPR121
−
Qi 1.1.2 仕様準拠
−
回路図、BOMが入手可能
−
WCT-5W1COILTX （ボード: $99)
Pre-Drive
Inverter Control
Demodulation
GPIO
Low Power
MWCT1000/WCT1101
特長
利点
5W 以上の出力
レシーバ側がフル5W受信可能
最大77% の電力効率
高効率
サポート FOD (WPC 1.1.2 spec)
異物検出機能
広い入力電圧 (4.25 – 5.6V)
安価な5V電源で動作
消費電力MCU run < 30mA / Stby @ < 5mA
低電力動作。タッチセンサによるWake up
TM
External Use
15
WCT1101 – シングル・コイル・プレミアム
WCT1101 – プレミアム
• ユーザが使用可能なプログラム領域
• 拡張可能なIO
• 64LQFP
WCT1101
Flash
Drive_EN
CoilDis
Isense
Core
ADC
Tsense
Inverter
Control
Coil1_PWM1
Coil1_PWM2
Vsense
100MHz
Comm
Demod
FOD
ユーザーが使用できるIO
GPIO
SDA
DAC
CAN
Touch
Sense
SCI
SPIx2
LED
Debug
Optional
TM
External Use
16
SCL
T_IRQ
15W シングルコイル・トランスミッタ （コンスーマ向け）
• 15 Wシングル・コイル
• WPC-Qi medium power 仕様（仕様策定中）
• 双方向通信
• 高機能スマートフォン、タブレットがターゲット
• 高速充電、高容量電池に対応
• 柔軟な設計に対応するプログラム可能なソリューション
• リアルタイム・デバッグとチューニングをサポート
Power Stage
Touch
MPR121
Pre-Drive
Inverter Control
Demod
Comms
Low Power
MWCTxxx
TM
External Use
17
GPIO
車載用トランスミッタ・リファレンス・デザイン
•
•
WPC 5W 車載用ワイヤレス給電
−
回路図、BOM、デザインファイルなど開発情報を提供
−
開発のためのワイヤレス給電ライブラリ、チューニング・ツール提供
WCT-5WTXAUTO （ボード: $299)
特長
利点
5W 以上の出力
レシーバ側がフル5W受信可能
> 65% 電力効率
高効率
サポート FOD (WPC 1.1 spec)
異物検出機能
CAN コントローラ内蔵(MWCT1003A)
Lower BOM コスト
固定周波数動作
ラジオなどの干渉から回避
NFC に対応可能 (MWCT1003A)
NFC/Qi を実装
AEC-Q100 Level 2 対応コントローラ IC
車載対応
TM
External Use
18
車載用トランスミッタ・ブロック図
Power Inverter
Buck
Pre-Drive
Inverter Control
Optional
Optional
Demodulation
Sensing
Low Power
Vrail
CAN
SPI
MC33907
SPI
CAN
WCT100xA
TM
External Use
19
GPIO
NFC
PHY
Optional
フリースケール・レシーバ・ソリューション
TM
External Use
20
ワイヤレス給電レシーバ
ロードマップ
Features / Complexity
30 Watt
Rectifier control
Bi-directional Qi Comm
Programmable
15 Watt
XXXXX
S08
5 Watt
Kinetis
Qi 1.1
Discrete Solution
Based on RS08KB12
Flexible
1Q
2Q
3Q
4Q
2012
1Q
2013
2Q
Embedded Solution
Discrete Rectifier
Qi 1.1
3Q
4Q
1Q
2Q
3Q
4Q
2014
Production
Discreet
1Q
2Q
3Q
4Q
2015
Proposal
First Sample Date (left edge)
Product Qualification (right edge)
Integrated MCU
TM
External Use
21
Next 5W Embedded Receiver Concept
• ターゲット・アプリケーション
スマートウォッチ、モバイル・メディカル・デバイス、フィットネス・モニタ、
スマートフォン など
• Kinetisマイコンにワイヤレス・チャージャ機能を追加
専用ASICを使用するのに比べ、BOMコストを抑える事が可能
Typical Mobile Application
Optional
PMIC
DC-DC
Applications
Processor
Kinetis
Microcontroller
I2C
+ Wireless Charging Function
Magnetometer
Accelerometer
Gyro
Kinetis MCU
36WLCSP
2.37x2.46x0.53 mm
0.35mm pitch
TM
Confidential and Proprietary
22
5W Kinetis Wireless Charging Tower Board
• Kinetis KL26を使用したセンサとワイヤレス給電用Tower board
o 加速度センサと磁気センサを搭載
o ワイヤレス給電レシーバ
特長
TM
Confidential and Proprietary
23
•
KL26 MCU による制御
•
センサHUBソフトウェア
•
ワイヤレス給電のレシーバ・ライブラリを提供
•
電力は5V USB パワーもしくはワイヤレス給電
•
ワイヤレス給電機能の制御MCUに付加価値の追加が可能
X-TWR-PWR (ワイヤレス給電レシーバ・ボード）
TM
Confidential and Proprietary
24
Tower System Modules
8bit
ColdFire
Kinetis
TWR-S08LL64
TWR-S08LH64
TWR-S08JE128
TWR-S08MM128
TWR-S08GW64
TWR-S08UNIV
TWR-S08PT60
TWR-MCF51AG
TWR-MCF51CN
TWR-MCF51JE
TWR-MCF51JF
TWR-MCF51MM
TWR-MCF51QM
TWR-MCF5225X
TWR-MCF5441X
16bit
Power Arch
TWR-S12G64
TWR-S12G128
TWR-S12G240
TWR-S12GN32
DSC
TWRMPC5125
TWRMPC8309
TWR-P1025
TWR-PXD10
TWR-PXD20
TWR-PXN20
TWR-PXR40
TWRPXS2010
TWRPXS3020
TWR-KL25Z48M
TWR-K20D50M
TWR-K20D72M
TWR-K21D50M
TWR-K40X256
TWR-K40D100M
TWR-K53N512
TWR-K60N512
TWR-K60D100M
TWR-K60F120M
TWR-K70F120M
Serial
TWR-SER
TWR-SER2
Memory
TWR-WIFI-RS2101
TWR-WIFI-G1011MI
TWR-WIFI-GS1500M
TWR-WIFI-AR4100
Analog
Audio
Mesh Networking
Displays
TWR-ADCDAC-LTC
TWR-AUDIO-SGTL
TWR-RF-SNAP
TWR-LCD
TWR-LCD-RGB
TWR-MC-LV3P
TM
Wi-Fi
TWR-PROTO
Motor-Control
TWR-56F8257
TWR-56F8400
Prototyping
Apple MFi
TWR-DOCK
TWR-DOCK2
www.freescale.com/tower
25
Confidential and Proprietary
Industrial
TWR-MECH
TWR-IND-IO
Sensors &
Plug-Ins
TWR-SENSOR-PAK
TWR-MEM
TWR-MEM-PISMO TWR-SENSOR-PAK-AUTO
TWR-TWRPI-BD
TWRPI-MMA6900
TWRPI-MPL115A
Radio
TWR-12311
TWR-METRO-KIT
Medical
MED-EKG
TWR-EPD (ePaper ディスプレイ・モジュール)
X-TWR-PWR （ワイヤレス給電・モジュール）
特長
•
ePaperとワイヤレス給電を使用したウェアラブル機器の簡
易開発用
•
TWR-ELEVにディスプレイ・モジュールを取り付け
Tower System の構成:
TM
Confidential and Proprietary
26
•
X-TWR-PWR KL26Z128 ワイヤレス給電 Kinetis MCU モ
ジュール
•
TWR-EPD ePaperディスプレイ・モジュール( DigiKeyより
購入可能）
•
TWR-ELEV エレベータ・モジュール
フリースケールの
ワイヤレス給電アドバンテージ
フレキシビリティ
ブラックボックスのソリューションではなく、ワイヤレス給電技術の上に、顧客の付加価
値機能を追加できます。
スケーラビリティ
複数のトランスミッタ・タイプに対応したワイヤレス給電が可能。
短期間での開発
フリースケール提供のリファレンスデザインにより短期での製品開発が可能
車載対応
AEC-Q100に対応
TM
External Use
27
車載向けワイヤレス給電応用例
TM
External Use
28
NFC in Automotive
Entry: NFC対応の電話機を使って、
近づいてきたユーザのドアを解除
Car Entry
Start: NFCを使ってユーザを認識。エンジ
ン・スタートをスマートフォンで可能に。
Engine Start
Bluetooth & Wi-Fi ペアリング : Bluetooth や
Wifi 接続をNFCを使用して自動ペアリング
Bluetooth &
Wifi Pairing
Diagnostic: 車の自動的な診断内容を
スマートフォンで。
Diagnostics
TM
External Use
29
Personalization
& Payment
Personalization & Payment: シー
トやミラー位置設定や好みのラジオ
局など個人の設定や有料番組のダウ
ンロードなどに、。…
Wireless Charging + NFC
•
Body Controller Module
•
APPLICATION
•
NFC - ULS
•
NCI (NFC standard interface)
•
e.g. CAN
WCT1003A
NCI (NFC standard interface)
WPC-LIB
NFC-HAL
WPC-HAL
SPI
MLX90132
Tx front-end
TM
External Use
30
１つのモジュールに統合されたNFC と
ワイヤレス給電技術
シングルMCU ソリューション
(WCT1003)
ワイヤレス給電ソフトウェア・スタック
NFC ローレベル・ドライバ・スタック
アッパーレイヤのスタックは、別のコン
トローラで処理(e.g. BCM)
i.MX 6 Wi-Fi Display Audio
スマートフォンのカーナビ機能で
Display Audioは、送られた映像
ファイルを再生
Qiワイヤレス給電
給電
LTE
Internet
スマートフォン
TM
External Use
31
車載向けQiワイヤレス・チャージャのラジオ干渉回避
•
デモ概要
−
−
−
•
Tech Lab
No. 48
ワイヤレス・チャージャの充電周波数(約110kHz)の高調波がカーラジオ(AM)に干渉してし
まう。
この問題を、カーラジオと連携して動作することで回避出来ることを紹介するデモ
カーラジオ側として、i.MX 6プロセッサを使用しワイヤレス/チャージャ/リファレンス・デ
ザインとの組み合わせでデモを行う。
フリースケール・ソリューションのアドバンテージ
−
−
他社のソリューションは充電周波数が固定できないため、ラジオにノイズが入る
ラジオの選局にあわせて、プログラムで充電周波数変更可能
CAN
Qi A13タイプ
ワイヤレスチャージャ・トランスミッタ
TM
External Use
32
i.MX 6ボード + ALPS社製AM/FMラジオモジュール
ワイヤレス給電まとめ
期待されるワイヤレス給電マーケット
スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ
公共の場所、車載、飛行機など
優れたフリースケール・ソリューション
フレキシビリティ、スケーラビリティ、リファレンス・デザイン、車載対応
ワイヤレス給電＋付加価値の追加
スマートフォン連携のDisplay Audio製品向けなど
TM
External Use
33
TM
www.Freescale.com
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