【第一期】图解无线充电基本原理

无线充电在新一代iPhone发布之后,火了!有一次,在地铁上,听到隔壁的一个小男生对着小女生说:“我昨天买了一个无线充电器,把手机放在上面就可以充电,好神奇” 作为无线充电的从业者,听到这番话还是略带自豪。那么市面上的无线充电器的基本原理到底是什么?希望这篇文章能解决很多已经在无线充电从业圈或者准备进入无线充电从业圈人的一些困惑


阅读前有两个提示:

  • - 这不是一篇科普的文章,需要电子方面的一些基础知识。

  • - 如果你是这方面的销售,可以不用追求了解每个名词含义,理解大致逻辑即可。


该文章的篇幅不长,它只看图说话,回答四个基本问题:

  1. 1. 无线充电有哪几个组成部分

  2. 2. 无线充电的功率传输途径是怎样的?

  3. 3. 无线充电的控制回路是怎样的?

  4. 4. 无线充电的通信机制是什么?


| 无线充电有哪几个组成部分? |

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·         左侧为TX,也就是发射端,对应产品就是无线充电发射器。

·         右侧为Rx,也就是接收端,对应产品就是带无线充电功能的手机等。

·         TX端:MCU,功率全桥,以及由电感和电容组成的LC谐振Tank,其中电感就是发射端线圈。

·         RX端:MCU,整流桥,LDOCharger芯片,电池,以及LC谐振Tank,其中电感就是接收端线圈。


| 无线充电的功率传输途径是怎样的? |

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·         无线充电发射端输入直流电压 (DC Voltage)

·         直流电压通过功率全桥,在SW1SW2点产生交流电压 (AC Voltage),其实就是一个方波。

·         方波加载在LC Tank两端产生一个交流电流 (AC Current)

·         交流电流通过线圈产生磁场。

·         接收端线圈感应到这个磁场,在接收端LC Tank产生交流电流(AC Current)。

·         交流电流通过整流桥转化为直流电压(DC Voltage)

·         直流电压再通过一个LDO和一个Charger给电池充电。



| 无线充电的控制回路是怎样的? |

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·         为了保证整个无线充电系统稳定,VRECT需要设定一个目标电压(Target Voltage),并通过一个反馈环路来控制;为了转化效率高,它的值通常设置成只比LDO高一点。

·         反馈环路会先采集VRECT电压,并与目标电压相减,产生一个误差信号(Control Error)。

·         误差信号会通过WPC规定的通信方式传到发射端的MCUMCU会判断接收端是希望发射端增加能量还是减少能量。

·         MCU通过控制三个信号来控制发射的能量:

·         输入电压

·         功率全桥的开关频率

·         功率全桥的输入占空比


备注:为什么可以通过控制这三个信号来控制发射能量?后面的伏达学堂会对它做阐述。



| 无线充电的通信机制是什么? |

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·         传达信息的本质在于要让信号发生变化。就比如我跟你招手,你看到我的手在变化,就知道我在叫你。

·         接收端在传达信息时,会在接收端LC Tank两侧接入或者接出一组电容。

·         电容的接入或者接出会引起发射端LC Tank的等效阻抗发生变化。

·         等效阻抗发生变化就会引起发射端LC Tank里面的电流发生变化,以及电容和电感连接处的电压(Coil Voltage)发生变化。

·         这个变化的信号就会被采集和解调,并传到MCU当中。

·         整个变化的规律就写在WPC协议当中,MCU利用WPC协议来知道接收端到底告诉了发射端什么信息。



以上就是第一期伏达学堂的所有内容。