随着无线充电功能在智能手机中的普及,充电功率不断提升。此前主流的手机无线充电功率仅徘徊在5W-10W之间,少数型号达到15W。近期,小米9发布,支持20W无线充电,其充电速度甚至超过了普遍使用的18W有线快充,标志着无线充电领域的重大突破。以下将深入解析小米9如何实现20W无线充电:

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手机无线充电原理

无线充电主要通过以下几种原理实现:电磁感应式、电场耦合式、磁共振和无线电波传输。目前,智能手机上最常见、应用最广的便是电磁感应式无线充电。小米9采用的便是这种方式。

电磁感应无线充电原理十分简洁明了:无线充电器中的送电线圈通电后会产生磁场。当手机端的受电线圈靠近送电线圈时,受电线圈在电磁感应作用下产生电流,从而为手机进行无线充电。

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小米9的20W无线快充实现原理

小米9作为全球首款搭载20W无线充电的手机,其充电效率与有线快充相差无几,体验更加便捷,有望推动无线充电成为主流的手机充电方式。

小米9得以实现20W无线快充的关键技术在于:采用了与有线快充相同的半压直充方案,即电荷泵(charge pump)技术。目前手机市场上流行的快充方案主要分为高压低电流和低压大电流两种。而电荷泵技术的目的是实现既能高压充电又能使用大电流的方案。它作为一种DC-DC(直流-直流)转换器,利用电容作为储能元件进行电压变换,转换效率极高,几乎接近100%!

小米9无线充电底座的最大输出功率约为20W,手机端接收功率为15V/1.34A。中间级采用95%的高效DC-DC(直流-直流)(buck)降压至2倍电池电压,同时实现20mV精细调压,保证下一级电荷泵稳定充电。后级采用电荷泵技术进行2:1变压操作,将电量充入锂电池,中间转化的效率高达97%-98%。

整个20W无线充电过程总结下来:小米9从接收芯片至电池之前,通过两级降压将15V的接收电压降至电池电压。在这过程中,电荷泵以极高的转化效率做到了半压输出,这也是小米将有线快充技术应用于无线充电的一种全新尝试。

为了进一步提升电磁转化效率,小米还首次设计和定制了20W接收端线圈规格,选用5层纳米晶+多股绕线技术全面优化线圈参数:

5层纳米晶使无线充电底座线圈产生的磁场更集中地聚集于接收端线圈周围。

多股绕线技术则能够避免避免趋肤效应的产生,有效降低了无线充电过程中线圈部分的功率损耗,大幅提升了线圈的传输效率。这两项技术的综合应用使小米9在无线充电过程中可以降低温升约2摄氏度。

除此之外,小米9在发送端(无线充电底座)上,采用更优的调频和调电压的功率控制方式,以最大程度实现高效率的无线充电。小米9也通过了德国莱茵TÜV安全快充系统认证2.0。

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与小米8有线快充的对比

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