本文档整理从最简单的分立元件方案到高集成度 Qi 标准方案的最简无线充电电路设计。
📋 方案对比总览
| 方案 | 元件数量 | Qi兼容 | 功率 | 效率 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 阻塞振荡器 | 3-5 | ❌ | <100mW | 低 | 实验/玩具 |
| CD4069方案 | 10-15 | ❌ | 1-5W | 中-高 | DIY项目 |
| NE555方案 | 15-20 | ❌ | 1-3W | 中 | 教学演示 |
| WLC1115 | ~20-25 | ✅ Qi 1.3 | 15W | 高 | 商用发射器 |
| SC96019 | ~15-20 | ✅ Qi 2.2 | 25W | 高 | 磁吸快充模组 |
1. 超简分立元件方案（非Qi标准）
1.1 阻塞振荡器（Blocking Oscillator）- 最简方案
元件数量:3-5个
电路元件
- 1个NPN三极管 (2N2222, 8050等)
- 1个基极电阻 (1kΩ-10kΩ)
- 1个带反馈绕组的发射线圈
- 可选：1个整流二极管
工作原理
这是元件最少的无线供电方案（基于焦耳小偷电路改进）。三极管通过反馈绕组实现自激振荡，在线圈中产生高频交变磁场。
优缺点
- 优点:元件最少，成本极低，易于搭建
- 缺点:功率受限（毫瓦级），效率低，无稳压
适用场景
LED驱动、小型电子设备演示、教学实验
1.2 CD4069 CMOS反相器方案（推荐）
元件数量:约 10-15个
核心电路
| 元件 | 规格/型号 | 功能 |
|---|---|---|
| CD4069 | 六非门CMOS | 振荡器+缓冲驱动 |
| IRF640 | VMOS功率管 | 丁类开关放大 |
| L1 | φ0.8mm漆包线，20匝，直径6.5cm | 发射线圈 (约142μH) |
| C5, C6 | 680pF (含200pF可调) | 谐振电容 |
| 78L12 | 三端稳压器 | 供电稳压 |
电路原理
F1 + F2 (CD4069的两个反相器) → 方波振荡器 (510kHz-1.6MHz) ↓ F3 (缓冲整形) ↓ IRF640 功率放大 ↓ L1C8 谐振回路 → 交变电磁场线圈参数
- 线径: φ0.8mm 漆包线
- 匝数: 20匝密绕
- 直径: 6.5cm
- 电感量: 约142μH
调谐方法
通过200pF可调电容调节振荡频率，使LC回路谐振频率与振荡频率匹配。
优势
- 无需单片机，纯硬件实现
- 效率较高，功率可达数瓦
- 电路稳定可靠
1.3 NE555时基电路方案
元件数量:约 15-20个
核心元件
- NE555: 时基电路，产生约510kHz方波
- IRF840: 功率MOSFET (需散热片，最大电流8A)
- LC谐振回路: 发射线圈 + 匹配电容
电路特点
- 电路简单易懂，适合教学实验
- NE555高频特性限制了效率和频率上限
- 输出波形为方波，谐波较多
典型参数
- 振荡频率: 510kHz
- 工作电压: 12V DC
- 输出功率: 1-3W
1.4 双三极管推挽振荡器
元件数量:6-8个
电路元件
- 2个NPN三极管 (BD135, 2N2222等)
- 2个基极电阻
- 2个反馈电容（可选）
- 1个中心抽头发射线圈
- 1个谐振电容
工作原理
两个三极管交替导通，在中心抽头线圈中产生交变电流。推挽结构提高了效率和输出功率。
性能
- 输出功率: 100mW - 1W
- 适合小型LED照明、传感器供电
2. 高集成度Qi标准方案
如需真正的Qi无线充电兼容性（支持Qi 1.3/2.2标准），必须使用高集成SoC方案。
2.1 英飞凌 WLC1115 (Qi 1.3.2 EPP)
集成度:极高 - 发射端全集成
芯片特性
| 特性 | 参数 |
|---|---|
| 标准支持 | Qi 1.3.2 EPP (扩展功率协议) |
| 输入电压 | 4.5V - 24V |
| 最大输出功率 | 15W |
| USB-PD | 集成受电功能，支持PPS |
集成功能
- Qi 1.3.2 EPP发射器协议栈
- USB-PD/PPS受电控制器
- 集成降压电路（用于电压调节）
- 栅极驱动器
- 多路径ASK解调
- 异物检测(FOD)：
- 品质因数(Q值)检测
- 谐振频率检测
- 功率损耗法检测
外围元件
相比分立MCU方案，元件数量大幅减少：
- 无需外部全桥驱动器
- 无需复杂采样电路
- 仅需功率MOS、谐振电容、线圈等基本元件
2.2 南芯科技 SC96019 (Qi 2.2)
集成度:业界领先
封装:4×4mm FCQGN
单芯片集成
┌─────────────────────────────────┐ │ SC96019 (Qi 2.2 发射控制器) │ ├─────────────────────────────────┤ │ • 高分辨率全桥控制器 │ │ • 内置全桥功率MOSFET (12mΩ) │ │ • 多通道ASK解调电路 │ │ • 多通道ADC + GPIO │ │ • Q值检测FOD电路 │ │ • 32K MTP / 32K ROM / 6K SRAM │ │ • 288MHz PLL控制的EPWM │ │ • DP/DM/USB-PD快充接口 │ └─────────────────────────────────┘外围元件清单
| 元件 | 规格 | 数量 |
|---|---|---|
| 晶振 | 16.000MHz 无源 | 1 |
| 谐振电容 | 根据线圈匹配 | 6颗 |
| 合金电感 | 3.3μH (配合同步升降压SC8723B) | 1颗 |
| 加密芯片 | 紫光同芯 (Qi2.2认证需要) | 1颗 |
| NTC热敏电阻 | 温度监测 | 1颗 |
性能参数
- 最大功率:25W
- 模块尺寸:直径54mm，厚度3.94mm
- 标准:Qi 2.2 (支持磁吸对准)
3. 接收端(Rx)最简方案
3.1 分立元件方案
接收线圈 L2 ──┬── 整流桥 ──┬── 滤波电容 ──┬── 稳压芯片 ──┬── 输出5V │ │ │ │ (4×二极管) (C5) (78L05) (LED指示)元件清单:
- 接收线圈 L2 (与发射线圈配套设计)
- 桥式整流器: 4×1N4148高频开关二极管 或 同步整流MOS
- 滤波电容: 100μF电解电容
- 稳压芯片: LDO (如78L05) 或 DC-DC转换器
3.2 集成方案
使用高集成接收芯片如TI BQ51013B、LTC4124等，将整流、稳压、充电管理集成于一体。
LTC4124 特性
- 封装: 微型SMD
- 引脚可配置电压/电流 (最大100mA, 4.35V)
- 仅需1-2个外部元件
- 集成NTC温度检测输入
- 适合低容量电池可穿戴设备
4. 设计要点与技巧
4.1 谐振频率设计
谐振频率计算公式:
f = 1 / (2π√(LC))- Qi标准: 通常使用 110-205kHz 范围
- 自定义方案: 通常 100kHz - 1MHz
4.2 线圈设计要点
| 参数 | 建议 |
|---|---|
| 线径 | 0.5-1.0mm 漆包线 |
| 匝数 | 10-30匝 (根据电感量需求) |
| 直径 | 约为传输距离的√2倍 |
| 间距 | 线圈间距3cm时，直径建议4.2cm以上 |
4.3 效率优化
- 高频段(>100kHz):使用李兹线(Litz wire)或多股细线减少趋肤效应
- 谐振匹配:发射和接收线圈谐振频率必须一致
- 对准:线圈中心对准可显著提高耦合系数
4.4 安全考虑
- 异物检测(FOD):商用方案必备，防止金属物体发热
- 温度监测:NTC热敏电阻监测线圈温度
- 过流保护:功率管需有限流保护
5. 方案选型建议
场景1: 仅需无线输电，不求协议兼容
推荐: CD4069方案 或 双三极管推挽振荡
- 平衡了简洁性和性能
- 成本低廉，易于调试
- 适合自定义项目
场景2: 需要Qi标准认证
必须选用: WLC1115、SC96019 或类似高集成方案
- 分立元件无法实现Qi协议的复杂通信
- 必须通过认证芯片实现ASK调制解调和协议握手
场景3: 最低成本实验
推荐: 单管阻塞振荡器
- 仅需1个三极管、1个电阻、手工绕制线圈
- 成本最低，适合演示无线输电原理
6. 参考资源
中文资料
- 无线充电电源电路设计汇总 - 张飞电子技术社区
- 无线充电器的设计（原理图+主材BOM）
- 南芯科技25W Qi2.2磁吸无线充电模组解析
英文资料
- Wireless Charging Circuit For Micro Sized Wearable Earbuds - Electronics For You
- Build Your Own Induction Charger - Nuts & Volts Magazine
- Wireless Mobile Charger Design Based on Inductive Coupling
附录：自制线圈参数参考
发射线圈 (Tx)
线材: φ0.8mm 漆包铜线 匝数: 20匝 绕法: 密绕 直径: 65mm 电感: 142μH 谐振电容: 680pF (可调) 谐振频率: 510kHz接收线圈 (Rx)
线材: φ0.5mm 漆包铜线 匝数: 15-20匝 绕法: 密绕 直径: 与发射线圈匹配或略小文档整理日期: 2026/06/10
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