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。 |
