什么决定了无线充电速度？看完涨姿势

第一期，我们用看图说话的方式理解了无线充电的基本原理。这一期我们来谈谈无线充电的速度。

我们将这一期内容分成以下4部分：

锂电池充电原理无线充电原理回顾目前市面上的手机如何进入无线快充发射端如何提高手机充电速度

阅读提示：

第一部分和第二部分比较偏技术；第二部分阐述了决定无线充电速度的根本原因，建议阅读；第三部分和第四部分更贴近实际应用，大家也可以选择优先阅读。

一、锂电池充电原理

锂电池前面往往会有一个电池充电芯片（Charger），它来控制电池的充电速度。电池是什么？你可以把它看成一个大电容，流进它的电流决定了它充电的快慢。锂电池充电分四个阶段：

1. 涓流充电：在电池电量很小、接近彻底放完的状态时，对手机进行预充电，这时候电池充电芯片会固定输出一股很小的电流，常常为正常充电的1/10。比如正常充电电流为1A，那么涓流充电可能是100mA。

2. 恒流充电：涓流充电完毕，电池充电芯片会增加电流的输出，并恒定该电流对电流持续充电。电池充电的大部分时间都处于恒流充电阶段。

3.恒压充电：当电池接近充满时，电池充电芯片会恒定一个输出电压，充电电流的大小由电池内部电压、内部电压和输出电压之间的内阻决定。即：充电电流=（输出电压-内部电压）/电池内阻。

4.停止充电：停止充电有两种办法：恒压阶段充电电流小于某个值则停止充电；或者从恒压充电开始计时，两个小时之后停止充电。

电池充电的大部门时间处于恒流充电阶段。如果识别为快充状态，电池充电芯片会输出大电流；如果识别为慢充状态，电池充电芯片会输出小电流。为了安全考虑，在手机内部温度过高时，电池充电芯片也会输出小电流来减少手机内部的功率损耗。

二、无线充电原理回顾

手机端，无线充电系统会给LDO的输出设置一个目标电压，常见的有5V或者9V，来作为电池充电芯片的供电。发射端则是为了控制LDO的输入电压（VRECT），保证LDO输入电压比输出电压高一点，这样LDO的转化效率达到最高。电池充电芯片实际控制着电池充电的充电电流，它会主要考虑两个因素：1. 手机是否进入快充？2.温度是否太高？下图为无线充电器给三星手机充电典型的充电曲线。涓流充电分辨不出，在很多情况下会被省略。温度过高时，电池充电芯片会自动降低充电电流。

Q&A

Q：常有人问，手机端不要这么大功率，发射端硬塞给它，这样手机充电会不会快一些？

A：不会，反而会变慢。因为当发射端硬塞给接收端功率，会抬高VRECT的电压，但LDO的输出电压VOUT不变，电池充电芯片控制的恒定输出电流不变，LDO两侧的效率变差了。等效来说硬塞给接收端的能量会消耗在LDO的损耗上，手机温度会上升，上升到一定程度更容易引起电池充电芯片降低输出电流。

三、目前市面上的手机如何进入无线快充？

苹果手机：识别无线充电开关频率是否在127.7kHz附近。如果是，则进入快充。三星手机：三星会发指令给TX请求进入快充，如果TX通过FSK通信告诉三星手机，我可以支持你的快充，则双方握手，进入快充。弱加密，已经被破解，三星也在最近的WPC会议上公开了它的协议。小米MIX2S：强加密算法，几乎不可能破解。支持小米快充需要小米授权License。市面上目前只有两款小米无线充电器（99元和69元两款）支持小米快充。华为P20保时捷版：情况和小米MIX2S一样。目前只有华为保时捷版无线充电器支持华为无线快充。LG V30：WPC官网显示，通过了EPP认证，支持EPP快充协议，也就是说过了EPP认证的发射端可能支持对它进行快速充电；Sony XZ2：同LG V30。

伏达15W-EPP产品 NU1509+NU1015

伏达半导体已经推出了符合WPC EPP协议的15W解决方案，该方案采用标准的苹果定频调压的快充架构，支持苹果快充、三星快充、以及通过EPP认证的手机快充。整个方案采用第三代无线充电架构，SoC +SmartBridge，该架构的优势不仅仅是集成度的提高和Cost的降低，更在于智能全桥能通过捕获功率全桥中更全面的信息，来提高无线充电性能。

四、发射端如何提高手机充电速度？

满足手机无线快充的条件；控制手机端VRECT电压稳定在目标值；定频调压模式的调整更加线性，更容易满足这个条件；变频控制模式需要满足频率变化的Step足够小，否则VRECT离目标电压会有比较大的偏差。很多廉价MCU的方案就是因为频率变化的精度不够，无法过认证，也会给手机无线充电带来风险。调占空比的方案也要满足占空比的调节精度足够高，否则VRECT离目标电压也会有大的偏差和波动，这对MCU的要求比较高。同时，由于占空比方案很难将占空比调到非常低，否则可能会产生硬开关和通信问题。在低功率传输时，会引起发射端送出的功率大于手机的需求值，VRECT的电压有远大于目标值的风险。降低与手机接触表面的温度；线圈不要贴着发射端表面，通过空气隔离。空气是最好的隔热层，可以防止线圈的热传到发射器外壳表面。在线圈底部隔磁材料下面增加散热片，将线圈的热尽快的导出。提高TX发射端的效率。增加空气与外界的对流，加速散热，比如在发射端内部增加电风扇。在环境温度比较低或者有空气对流的情况对手机进行充电，比如把车载无线充电支架夹在空调出风口。

第二期伏达学堂的内容就到此为止，任何问题可以直接在文章下方或者公众号留言，欢迎大家相互讨论。伏达希望通过伏达学堂来营造更加开放的无线充电开发环境，推动无线充电的发展。