基于WPC (Qi)系统的无线充电配件标准详解

Qi 标准使得无线充电配件产品可利用这种行业通用标准在无需基站（无线充电发送器）的情况下为移动设备无线充电。常用方法是向消费者提供一种无线充电保护壳、后盖、电池组或者保护套，在其配件中放入接收机线圈和电子组件。

WPC (Qi)系统概述

图 1 显示了一个 WPC 型电感式无线充电系统的结构图。该发送器由一个 AC/DC功率转换、驱动器、发射线圈、电电流检测和控制器组成。接收机由一个接收线圈、整流、电压调节和控制器组成。系统负载可以是任何电池供电设备，例如：一部手机。

图1WPC 电感式无线充电系统结构图

系统中，AC 电流流过发送器线圈时形成耦合磁场，电能通过该耦合磁场从发送器传输至接收机。如果接收机线圈极为靠近（X-Y 或者 Z 尺寸小于 5mm 间隙），发送器场力线的绝大部分将耦合至接收机线圈。这些耦合场力线在二次绕组中形成 AC 电流，对其整流便可产生 DC 电压，从而得到手机或者其他便携式设备使用的电源。请注意，无线充电链路实际上就是一款松散耦合、无芯线圈变压器。

WPC 标准

无线充电市场兴起的一个关键是不同发送器和接收机之间的标准化。以前，销售无线充电接收机的公司还必须同时提供一个相应的发送器。这种状况制约了无线充电的市场接受能力，并导致出现大量不同类型、相互不兼容的无线充电技术。无线充电联盟 (WPC) 制定出了第一个全球标准，实现了 5W 功率级别发送器和接收机的通用性[1]。Qi（发音为“chee”）标准定义了无线充电系统的工作频率、工作电压和基本线圈配置。另外，还定义了一种通信协议，接收机通过它与发送器通信，例如：发送器何时终止供电（即电话不再充电时进入节能模式）、接收机要求提供多少电力以及输出功率增加还是减少等。配件构架

提供 Qi 标准产品的一条最快捷途径是，利用行业通用标准获得基站电源（无线发送器）的同时，提供具有电源或者直接电池充电实现的配件解决方案。在这种情况下，配件解决方案指的是无线充电功能，其作为移动设备的一种选配。最普遍的两种配件实现是保护壳和后盖。保护壳指的是一种塑料壳，它的内部包含有无线充电电路，可以牢固地夹在移动设备上，通过一些外部触点向移动设备提供电源。后盖则是移动设备标准后盖的替代品，也在其内部放入了无线充电电路。另一种配件解决方案是，在移动设备的电池组中放入无线充电电路，直接对电池充电。

电源配件

图 2 描述了无线充电接收机如何模拟电源适配器工作，向移动设备提供 5V、5W 电源。在这种最为简易的实现中，接收机和移动设备之间总共只有两个触点：无线充电和接地。由于大多数第一代 Qi 产品仍然有一条连线，图 2 还显示了通过有线适配器和无线充电实现充电的过程。两种电源都连接至移动设备内部的功率多路复用器。一般而言，默认情况下选择适配器电源，在没有适配器时使用无线充电。

图2有线输入的四触点电源配件系统构架

在无线充电传输期间，连接适配器或者电池充电终止时，无线充电应中断运行。当接收机检测到无负载状态时，向发送器发送一条停止电力传输的信息，以此来实现上述目标。通过开启多路复用器的无线充电接收机开关，可以模拟这种状态。利用其他通信，可以获得无负载状态的更多详细信息。

双触点配件

双触点解决方案是成本最低的一种无线充电输出和接收机接口，但它仍然可以提供一些有限的功能。只有两个触点时，我们只能将无线电源（即 5V 输出）和接地连接移动设备，并且移动设备必须自己检测何时在适配器电源和无线电源之间切换。这种解决方案的主要缺点是，移动设备难以通知发送器充电已经终止。在典型的无线充电系统中，晚上用户上床睡觉时开始充电，充电一般持续两个小时左右。一旦充电完成，接收机应向发送器发送一条终止充电的信息（由 WPC 协议定义），这样发送器便可以进入一种低功耗的待机模式。但是双触点解决方案终止，只能由接收机通过检测输出电流是否已经降至某个阈值以下，才能检测得到。尽管这种方法可以让发送器进入待机模式，但电源电流由系统电流加上充电电流组成为它带来了诸多弊端。三触点配件

相比双触点解决方案，三触点解决方案有所改进。除无线电源和接地以外，它还增加了一个控制信号。该控制器信号可以是无线充电接收机的输入，而无线充电接收机通过移动设备驱动。典型应用针对移动设备内部的充电器，用以检测充电何时终止，然后将这种状态通知接收机。接收机转而通知发送器终止充电，发送器便进入低功耗待机模式。由于移动设备通过电池持续供电，因此它会在一个不确定时间段内不断向无线接收机