随着移动设备的普及，电池不够用可能是每个人都曾经遇到的烦恼，各种“充电宝”大行其道。不过科技就是为了使人们生活更方便，研究人员已经在考虑如何解决这个问题。例如有的在研究快速充电，如果能几分钟就给手机充满电，相信非常震撼。还有的在研究无线充电，这样再也不用为找不到充电器和充电线烦恼。

快速充电大都还在试验阶段，而无线充电已经开始商用，尽管还没有大规模普及。三星和诺基亚都发布过带无线充电功能的智能手机。无线充电为什么还不能普及，目前市场上无线充电的方案到底是怎么样的？带着这些疑问爱板网工程师决定深入了解一下。

不久前，爱板网拿到了一款叫做Frunda的无线充电套装，曾经在点名时间上成功筹资。目前市面上的无线充电主要分为四种，电场耦合、电磁感应、磁共振、无线电波方式，而此次在爱板网工程师手里的这套无线充电套装就是基于其中的电磁感应式原理实现无线充电的。

电磁感应式无线充电的原理本质上就是一个电生磁，磁生电的转换过程，在发射端，通过给闭合线圈上电产生磁场，而在接收端，将未上电的闭合线圈靠近磁场就会产生感应电流，再经过、整流、电压调节等系列过程，最终提供给负载供电（如下图）。当然在这个转换的过程中，会不可避免的有能量的损耗，会发热等弊端，而目前无线充电技术的发展就是在不断的挑战这些门槛的极限。

电磁感应式无线充电基本原理框图

了解了无线充电的基本原理，回顾头来看下Frunda无线充电套装（见下图），包括一个5V/2A电源适配器、一个无线充电发射器（带microUSB接口的圆形底座）以及Iphone5s无线充电接收器手机壳，整套无线套装符合WPC的Qi标准。

WPC小知识：WPC即无线充电联盟，成立于2008年12月，为不足 5 W 的低功耗应用制定了规范的行业标准Qi协议，使符合Qi标准的各种充电板与便携式设备之间可以实现互操作性，Qi标准于2010年9月引进中国。

Frunda无线充电套装

整套无线充电套装在外观没有什么特别赞的工业设计，发射器中规中矩，底部的金属盘就是传说中的304不锈钢，跟小米4手机的中框是一样的材料，可以当镜子使用，当然最主要的用处还是散热。金属盘外围一圈是用TPE软胶料二次包胶而成的防滑垫，防滑的效果倒是还不错，在光滑的玻璃上也有一定的附着力。

无线充电发射器

要想实现无线充电，要不给手机换后盖要不就是给手机加一层可以做接收的外壳。这种外壳是可以定制几种流行的智能手机外壳，小编选了最新的Iphone5s外壳。实际使用虽然外壳很紧凑，但是真的不好安装或者拆卸。

无线充电接收器

外壳安装上不好卸下来，不过外壳底部设计了兼容充电与数据传输的microUSB接口，也就是说，可以直接通过miroUSB接口进行有线充电和数据传输。可见设计者是希望装上外壳后就无需再取下来。下图是装上外壳后的Iphone5s实际效果图。（下一页）

无线充电1

在实际使用中，无线充电的发热量不是太高，看来底部的金属盘在散热方面的作用还是非常显著的。至于充电效率，对比习惯用有线充电的朋友来说，确实有些慢，相当于苹果原装充电效率的70%左右。而且在实际充电时，跟摆放的位置也有很大关系，发射器和接收器线圈的实际有效接触面积越大，充电转换你效率越理想，这跟穿过闭合线圈的磁通量越大，感应电流越大同理。

无线充电2

在发射器端设计了一个提供指示信息的LED灯，当检测到有无线充电接收器的时候，LED点亮，发射器进入工作状态，反之，LED熄灭，发射机进入待机状态，而检测是否有接收端存在主要通过Qi协议来实现的。

Frunda无线充电套装拆解

• 无线充电发射器拆解

Frunda无线充电发射器是卡扣结构设计，非常便于拆卸，而底部的防滑垫圈与金属盘通过最简单最老土的双面胶粘在一起，给人赤裸裸的廉价感。

无线充电发射器拆解

有些意外的是金属盘与PCB板之间不知用什么办法粘合在一起，试了很多方法都没取下来，不过，这已经不影响我们对于整个发射器电路的分析。

发射器整体布局

在前面介绍了，电磁感应充电的效率还取决于线圈的有效接触面积，依照传统的设计思维方式，Frunda无意外的将发射器线圈设计在了PCB板正中央，线圈底部带有隔磁片,增加发射器磁场强度。

隔磁片小知识：在发送端线圈贴上隔磁片能增强线圈的磁场强度，同时具有较高的磁性收敛效果;在接收端线圈放置隔磁片防止金属导体对磁场的衰减干扰，起到金属隔离的作用，防止能量浪费，提高充电效率。

通过主芯片我们大致可以判断出Frunda采用了凌阳的5V无线充电发射器方案，通过主芯片PWM信号控制两个Microchip MOSFET驱动器驱动4046组合场效应管的导通关闭给线圈充电放电，形成交替的磁场。Ti的两个四路运算放大器LM324采集线圈端的输出电压用于调整凌阳主芯片的PWM信号达到稳定的输出。

无线充电发射器主电路

其中，各个IC芯片的供电都是直接由microUSB 5V输出供电的，其发射器电路原理框图。（下一页）

无线充电发射器原理框图

• 无线充电接收器拆解

Frunda无线充电接收器看起来简单，但实际的拆解难度略大，最终还是通过破坏性拆解，归结原因——”双面胶质量太好，粘性太高“。拆下接收器的背板壳就能看到接受线圈以及隔磁片。

Iphone5s接收器背板拆解

无线充电接收器电路更是简单，整个方案是基于Ti的BQ51013B无线电源接收芯片的一块FPC电路板，外部仅有少量的元器件组成，见下图。

基于Ti的BQ51013B的无线充电接收电路

BQ51013B属于Ti无线充电接收芯片系列中的一种，支持5V/1.5A的稳压输出，符合WPC的Qi 1.1协议标准，内部集成了整流器（用于将接收线圈上的交流电变为直流电）、电压调节器（确保稳定的电压输出）、控制器等功能单元，并且提供兼容USB充电接口设计。

除了这一种接收器芯片方案，Ti无线充电收发器的组合方案非常多，下图仅作参考。

Ti无线充电收发器芯片组合

即使是Ti能提供全套、多样的无线充电收发器方案，但在Frunda的方案中我们仍旧看到了采用了凌阳无线发射器与Ti无线接收器这样混搭的组合，归结原因，还是在于成本，Frunda这套无线充电混搭方案做下来确实要比全套Ti的无线充电方案节省20RMB左右，对于国内的企业来说，在功能影响不大的情况下，这是一个非常明确的选择题。

小结

Frunda无线充电套装只能算是一个实验的产品，目前无线充电普及还有很多的问题，充电效率和方便性还不能令人满意。总的来说无线充电需要接收端和发射端两部分，这样靠一家或几家公司很难推广，需要产业链整体的支持。比如手机端需要手机厂商支持，而发射端需要更多行业的支持。但是有准备的人总是走在前面，想想“充电宝”的火爆，当无线充电更成熟时也许会带来更巨大商机。