主流原理:电磁感应
目前手机无线充电普遍采用 Qi 标准,基于电磁感应:
- 充电底座内的线圈通入交变电流,产生交变磁场;
- 手机背部的接收线圈处于这个磁场中,感应出交变电流;
- 电流经整流、稳压后给电池充电。
这和变压器是同一个原理——只是变压器的两个线圈有铁芯耦合,而无线充电是靠空气耦合,效率自然低一些。
能量去哪了
一、线圈耦合损耗。 发射线圈和接收线圈之间存在间隙(手机壳、空气),耦合系数远低于变压器。未被接收的磁场能量散失。
二、线圈电阻损耗(铜损)。 线圈有电阻,大电流流过时发热。
三、涡流与磁滞损耗。 变化的磁场会在附近的金属(如手机内部的金属件、线圈附近的屏蔽层)中感应出涡流,产生热量。
四、整流与稳压损耗。 感应出的交流电要整流成直流,再经降压/稳压电路给电池充电,每一级都有损耗。
总体来看,无线充电的端到端效率通常比有线充电低 10–20 个百分点。
为什么功率上不去
既然能量损耗大,为什么不加大功率?
因为热量。 损失的那些能量几乎全部变成热,而且热量集中在手机背部的线圈区域——紧贴电池。
电池对温度极其敏感。过高的温度会:
- 加速电池老化;
- 触发设备的温控保护,主动降低充电功率;
- 极端情况影响安全。
所以无线充电的功率上限,很大程度上是被散热能力卡住的,而非技术不能做。
厂商的解法
- 主动散热:在充电底座内置风扇,给手机背部吹风;
- 磁吸对准:用磁铁让线圈精确对齐,提高耦合效率(苹果的 MagSafe 是代表);
- 多线圈阵列:让手机放置更自由,同时保证至少一个线圈对齐良好;
- 异物检测:检测线圈间是否有金属异物(如硬币、钥匙),防止涡流发热造成危险。
谐振式无线充电
另一种技术路线是磁共振:让发射端和接收端工作在相同的谐振频率上,通过共振实现能量传输。
优势是可以实现更大的传输距离(数厘米到数十厘米)和空间自由度;挑战是效率和电磁兼容性控制更难,标准化程度也低。
一个实用提醒
- 无线充电时取下过厚的手机壳,能提升效率、减少发热;
- 尽量对准线圈中心(磁吸方案解决了这个问题);
- 如果追求速度,无线充电期间避免使用手机(尤其是高负载应用),否则热量叠加会触发降功率。
说明:本文为无线充电技术的公开知识整理。