简单理解：Qi 无线充电

Qi 无线充电WPC 标准是目前最通用的电磁感应式无线充电技术核心是高频交变磁场耦合 双向数字通信 异物检测FOD广泛用于手机、耳机、车载、智能家居等。下面直接给你完整理论 硬件架构 协议流程 发射 / 接收代码STM32。一、核心原理电磁感应物理基础法拉第电磁感应发射端TXDC →高频逆变110–205 kHz→ 发射线圈产生交变磁场接收端RX线圈感应出 AC →整流 滤波 稳压→ 给电池 / 负载供电关键参数工作频率110–205 kHzBPP/EPP 标准频段功率档位BPP (Baseline Power Profile)5W (5V/1A)EPP (Extended Power Profile)15W (9V/1.67A)Qi2/MPP最高 30W磁吸对准效率5W≥70%15W≥65%通信负载调制RX→TX ASK/FSKTX→RX二、系统架构TX RX1. 发射端TX典型结构输入5V/9V/12VUSB-C/DC主控MCUSTM32或专用 Qi 芯片TI BQ50021、ST STWBC逆变全桥 H 桥4×MOSFET 栅极驱动EG2133/IR2104谐振槽TX 线圈L10–20μH 谐振电容 Cf₀1/2π√LC检测电流采样、电压采样、异物检测 FOD、NTC 温度通信解调 RX 的负载调制信号2. 接收端RX典型结构RX 线圈L≈8–12μH 谐振电容整流全桥同步整流高效率或二极管整流稳压LDO 或 DC-DC5V/9V 输出协议芯片TI BQ51013/BQ51221、IDT P9221通信负载调制改变线圈负载向 TX 发指令保护过压、过流、过温三、Qi 协议核心流程状态机标准 Qi 握手必须走以下状态IDLE待机低功耗周期性发Ping 信号检测物体Analog Ping短脉冲检测是否有金属 / RX 线圈Digital Ping发送 ASK 信号RX 应答负载调制Identification ConfigurationRX 发 ID、版本、功率能力Power Transfer正式充电RX 通过负载调制实时请求功率调整占空比 / 频率End Power / Fault充满 / 异常过温、FOD、过压→ 停机四、硬件关键设计必看TX 线圈与 PCB线圈利兹线多股绕制外径 40–50mmL12–18μHQ100谐振电容C0G/NPO 高频电容低 ESR禁铜区线圈下方全层挖空减少涡流损耗差分走线H 桥输出到线圈等长、宽线、短路径匹配电阻100Ω通信解调FOD通过电流 / 频率偏移检测金属异物最容易失败RX 线圈外径 30–40mmL10μH 左右磁片铁氧体 / 纳米晶隔磁、增强耦合整流用同步整流 MOS 管效率比二极管高 10%五、发射端代码STM32 实现 Qi 状态机 逆变驱动1. 定义与初始化#include stm32f1xx_hal.h // Qi状态机 typedef enum { QI_IDLE, QI_ANALOG_PING, QI_DIGITAL_PING, QI_IDENTIFY, QI_POWER_TRANSFER, QI_FAULT } QiState; QiState qiState QI_IDLE; // 引脚定义 #define TX_EN_Pin GPIO_PIN_0 #define TX_EN_GPIO_Port GPIOA #define PWM_HA_Pin GPIO_PIN_6 // H桥A相 #define PWM_HB_Pin GPIO_PIN_7 // H桥B相 // 全局变量 uint16_t pwmDuty 30; // 初始占空比 uint8_t rxPowerReq 5; // RX请求功率等级 uint32_t pingTimer 0; // 函数声明 void Qi_StateMachine(void); void TX_PWM_Start(uint16_t duty); void TX_PWM_Stop(void); uint8_t Detect_Rx_Device(void); void FOD_Check(void);2. Qi 主状态机核心void Qi_StateMachine(void) { switch(qiState) { case QI_IDLE: // 每500ms发一次Ping if(HAL_GetTick() - pingTimer 500) { pingTimer HAL_GetTick(); qiState QI_ANALOG_PING; } break; case QI_ANALOG_PING: TX_PWM_Start(20); // 短脉冲 HAL_Delay(10); if(Detect_Rx_Device()) { // 检测到RX qiState QI_DIGITAL_PING; } else { TX_PWM_Stop(); qiState QI_IDLE; } break; case QI_DIGITAL_PING: // 发送ASK握手信号 TX_PWM_Start(30); HAL_Delay(20); if(/* 收到RX应答 */1) { qiState QI_IDENTIFY; } else { TX_PWM_Stop(); qiState QI_IDLE; } break; case QI_IDENTIFY: // 读取RX的ID/功率配置 // ... 通信解析 ... qiState QI_POWER_TRANSFER; break; case QI_POWER_TRANSFER: // 异物检测 FOD_Check(); // 根据RX请求动态调整PWM占空比 pwmDuty 30 (rxPowerReq * 5); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmDuty); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim3, TIM_CHANNEL_2, pwmDuty); // 过温/过流保护 if(/* 温度60℃ || 过流 */0) { qiState QI_FAULT; } break; case QI_FAULT: TX_PWM_Stop(); HAL_Delay(1000); qiState QI_IDLE; break; } }3. PWM 驱动H 桥// 启动H桥PWM互补带死区 void TX_PWM_Start(uint16_t duty) { HAL_GPIO_WritePin(TX_EN_GPIO_Port, TX_EN_Pin, GPIO_PIN_SET); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim3, TIM_CHANNEL_1, duty); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim3, TIM_CHANNEL_2, duty); HAL_TIM_PWM_Start(htim3, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(htim3, TIM_CHANNEL_2); } // 停止PWM void TX_PWM_Stop(void) { HAL_TIM_PWM_Stop(htim3, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Stop(htim3, TIM_CHANNEL_2); HAL_GPIO_WritePin(TX_EN_GPIO_Port, TX_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET); }4. 主循环int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_TIM3_Init(); // 150kHz PWM对应Qi频率 while(1) { Qi_StateMachine(); // 1ms周期调用 HAL_Delay(1); } }六、接收端代码简化负载调制发功率请求// RX通过控制负载通断负载调制向TX发信号 void RX_Send_Power_Request(uint8_t level) { // 负载调制短时短路/断开整流负载发送FSK/ASK // 示例发3bit功率等级 for(uint8_t i0; i3; i) { if(level (1i)) { // 发送1导通负载 HAL_GPIO_WritePin(LOAD_MOD_Pin, GPIO_PIN_SET); } else { // 发送0断开负载 HAL_GPIO_WritePin(LOAD_MOD_Pin, GPIO_PIN_RESET); } HAL_Delay(5); // 位宽 } } // 主逻辑 void RX_Main(void) { if(/* 整流电压正常 */1) { // 请求5W等级5 RX_Send_Power_Request(5); } }七、常用专用芯片推荐方案发射端TXTIBQ500211A5W/15W 集成带 FODSTSTWBC-EP15W EPP支持 Qi2国产智融 SW5000、英集芯 IP6809接收端RXTIBQ5122115W 同步整流IDTP9221-R15W高集成国产南芯 SC8002、芯海科技 CS32G021八、调试要点避坑频率必须 110–205kHz超范围 WPC 不认谐振必须精准L/C 计算匹配示波器看波形FOD 是难点金属异物必须检测并停机线圈对准偏移 10mm 效率暴跌散热H 桥与整流 MOS 管必须铺铜散热