无线充电博主：详解Qi标准无线充电发射器电路架构（以及演变史）手机充电模块「无线充电博主：详解Qi标准无线充电发射器电路架构（以及演变史）」

​​        写在前面：本文稍微有点专业，如果您完全是一个无线充电小白，请别浪费自己的时间，直接点击右上角的关闭或者左上角的返回键甚至​左下角的转发退出当前界面，如果还是要看，看不懂的专有名词请自行百度或者查看我的其它文章^_^还是看不懂我也没办法了(/ □ )

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        好了，转入正题。手机无线充电在最近四五年的时间里得到了飞速发展，无论是从最大充电功率，还是电路集成度甚至方案稳定成熟度上，都有了飞跃性的变化，尤其是近两年来，集成芯片更是百花齐放百家争鸣，竞争甚是激烈，都希望在市场的拼杀过程中占领一席之地。正是因为有这样的竞争，市场才会成熟，产业链才会逐渐完善，用户才能用到更加物美价廉的无线充电产品。下面就详细介绍无线充电的各个电路架构，以通用单线圈为例。

        一个非常完整的无线充电电路包含以下模块：

        下面一一解释介绍：

• 输入滤波抗干扰器件：主要是指电源输入端的电容以及共模电感器件。目的是为了让整个产品可以更完美的通过各种辐射安全认证，比如FCC，CE，KC，IC等等认证。现在只有大品牌商才可能会共模电感这种元器件了，毕竟它的价格占掉了整个PCBA的5~10%，国内方案几乎用不起。
• DC-DC/LDO 5V/3.3V电源：主要是小电流降压稳压模块，用来给主控芯片或者其它被动器件供电。
• 输入快充诱骗电路：分立器件或者是专用诱骗芯片。如果只是QC电路，常用分立器件；如果输入支持PD适配器，常用专用诱骗芯片。一般用分立器件搭建。
• 过流过压保护电路：俗称硬件保护电路，当适配器发生过压或者自身发生短路情况时起到保护作用，防止后级损坏。因为成本问题现在的无线充电器上几乎都不会加此模块，只有部分高端产品才会加上，一般都是软件保护。
• 解调解码运放电路：主要是指358或者324等运放器件，用于解码无线充电线圈上的调幅信号。
• 调压模块：调压的实现有多种方式，主要是针对iPhone手机。目前大多数方案几乎都不用定频调压架构而是用调占空比方式，还是因为成本问题。但是定频调占空比与标准定频调压还是有不少区别，请看《Qi感应式无线充电解读之定频调压与定频调占空比的差异优良》一文。
• MCU：这个当然是整个PCBA的核心控制部分了，目前集成SOC部分几乎都是8位的，分立器件架构的有不少一部分32位M0核的，二者基本都能满足要求。
• 其它必要的阻容器件：这个基本都是被忽视的部分，普通常用电阻电容但是又不能少的部分，一般称之为其它被动器件。
• LC谐振电路：这个容易理解，L是电感，就是线圈；C是电容，就是常说的NPO，CBB这个，易懂。
• 全桥驱动模块：用于驱动全桥电路。因为全桥上相对于MCU来说是高压，MCU不能直接控制，要通过第三方“中介机构”，驱动模块就担当这个作用。常见的有用三极管推的，这种很廉价低成本，还有就是用专用驱动芯片，这种死区可调节，比较成熟稳定。
• 全桥电路：一般由四个Nmos管组成（可以四个分立的Nmos管，也可以两组双Nmos管），配合LC谐振电路将直流转换成交流信号通过线圈发射出去，一般来说PCBA上温度最高的就是这个部分了，所以这个也直接决定了这个方案/产品的好坏。

        简单将以上模块拼接起来，对应的输入输出关系如下：

        简易识别方法：

        调压模块一般都有功率电感匹配，常用一体成型的或者绕线方式的。

        输入快充诱骗电路：输出的信号一般都是连到了输入的Type-C头或者Micro-U上。

        解码模块：分立的解码模块一般是运放，常用LM358或者LM324，周围都是阻容件，特征明显。

        全桥驱动模块：通过电流小，都是普通走线，不会加宽，它输出连接的部分是全桥MOS管，输入是MCU的PWM信号。

        MOS管全桥芯片一般外接的是线圈和谐振电容，走线比较粗，除了单纯的MOS管外就属于集成的SOC芯片。

        各模块都是以MCU为中心，其它各个相互有效稳定配合，才组成了一个完整的无线充电解决方案。那么有人可能会问了，为啥平时拆机看到的并没有这么复杂？都是很简单简洁的，零件几乎很少。这里就要聊到无线充电电路的进化史了，也就是往集成度越来越高的方向发展，所以现在常见的新品，几乎都是用了集成度比较高的SOC，或者省略了非必要的重要器件。

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        这种做了如下的降成本做法。降成本后主要就是靠软件完成，所以软件控制相对稍微复杂。其它进化史都是基于这个架构完成。

1. 省掉了输入滤波抗干扰模块（通过layout或者多层PCB补偿，或者干脆不过认证）；​
2. 省略掉过流过压保护模块（通过软件补偿，软件检测过流过压来实现保护）；​
3. 调压模块（通过定频调占空比方式兼容）。
   

        这种架构的基本输入输出关系如下图：

        实物Sample如下：

        图中左上为MCU，左下为324运放，右上并排两个​为MOS驱动，右下并排两个为MOS管组成的全桥。

        后来电路演变都是基于以上电路框架的升级进化了，每一种进化演变都有不同的用处，每一种用处都有其特定的优势。所以就出现了无线充电的各种架构方式，比如MCU+运放+LDO驱动全桥，MCU运放+LDO驱动全桥，MCU+运放LDO驱动全桥，MCU运放LDO驱动+全桥，MCU运放LDO驱动全桥全集成SOC等，百花齐放，下面详细介绍：（PS：LDO是指以上的DC-DC/LDO 5V/3.3V电源模块）

（由于公共不能省略的就在框图中忽略了，比如其它必要的阻容器件，快充诱骗电路，LC谐振电路，下同）

        优点：

                运放可以独立选择，一致性较好；

                MCU选型相当方便，几乎不受控；

                匹配适用性强，几乎适用所有方案的设计要求；

                发热元器件不会影响运放和MCU的工作；

        明显缺点：

                元器件稍多；

        实物Sample如下：

        图中中心位置为MOS管全桥+MOS驱动集成芯片，右边为MCU，下方为324运放。

        优点：

                整板很简洁（就两颗主要IC）；

                发热元器件不会影响运放和MCU的工作；

                匹配适用性强，几乎适用所有方案的设计要求；

        明显缺点：无。

        实物Sample如下：

        图中中上为运放+MCU的集成SOC，左下为MOS驱动+全桥和LDO的集成SOC。

        优点：

                整板很简洁（就两颗主要IC）；

                MCU选型方便，不受控；

        明显缺点：

                运放解码模块与发热元件集成，受热影响；

        实物Sample如下：

        图中左边为MCU，右上为运放+LDO+MOS驱动和全桥的集成SOC。

        优点：

                整板很简洁，最理想方案；

                发热模块与MCU和运放分离；

                MOS管选型方便，可根据高中低需求匹配不同MOS管；

        明显缺点：无。

        实物Sample如下：

        图中为MCU运放+LDO+MOS驱动的SOC，右边为两颗双Nmos管组成的全桥。

        优点：

                整板极其简洁；

                最方便生产管理；

                可以做到很小的PCB；

        明显缺点：

                MCU运放解码模块受热影响；

                目前集中在低功率应用中；

                MOS管无法更换；

        实物Sample如下：

        图中就一颗芯片，集成了MCU+运放+LDO+MOS驱动+全桥MOS管。

        以上的几款这一两年无线充电演变来的产物，目前市场占有量最大的是MCU+运放+MOS驱动和全桥集成SOC方式，而后就是MCU+运放MOS驱动和全桥集成SOC方式以及MCU运放+MOS驱动和全桥集成SOC方式。随着无线充电的继续高集成度发展，最后一种MCU运放MOS驱动和全桥集成SOC方式和MCU运放MOS驱动+MOS管全桥方式也会大面积的被使用。

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