1. 输入电源与功率变换供电、稳压、半桥/全桥逆变、MOSFET 驱动。2. 发射端线圈由 PWM 驱动功率级在线圈中产生高频交变电流。3. 中继线圈改善发射端到接收端之间的耦合提升特定位置下的传输能力。4. 接收端线圈与整流感应出交流电压再整流、滤波、稳压或给负载供电。5. 检测与保护采集电压、电流、温度、Hall 信号实现过压、过流、过温保护。6. STM32 控制PWM 输出、ADC DMA 采样、UART 调试、状态机、闭环调节。快速判断问题出在电源、PWM、驱动、线圈、谐振、整流、采样、代码还是焊接。2. 无线充电基本原理无线充电常见方式有电磁感应式、磁耦合谐振式和射频式。手写笔近距离无线充电一般属于近距离磁耦合系统。基本能量路径text直流输入电源↓高频逆变电路↓发射线圈产生交变磁场↓中继/接收线圈感应交流电压↓整流滤波↓稳压/充电/电子负载核心概念- 互感 M两个线圈之间磁耦合强弱的等效参数。- 耦合系数 k0 到 1 之间越大表示耦合越强。- 线圈电感 L由匝数、尺寸、磁芯、线材决定。- 补偿电容 C与线圈组成 LC 谐振网络。- 谐振频率 f0系统效率较高的工作频率附近。- 品质因数 Q反映线圈损耗和谐振尖锐程度。- 负载反射接收端负载会通过磁耦合影响发射端电流和波形。常用公式textLC 谐振频率f0 1 / (2*pi*sqrt(L*C))补偿电容C 1 / ((2*pi*f0)^2 * L)品质因数近似Q omega*L / Romega 2*pi*f效率eta Pout / Pin (Vout * Iout) / (Vin * Iin)3. 中继无线充电要点“中继”可以理解为在发射端和接收端之间增加一个能量传递环节。它可能是一个被动谐振线圈也可能是嵌入结构中的中间线圈。中继线圈的作用- 改善距离较远时的耦合。- 改善线圈偏移或角度不理想时的输出。- 适应手写笔、套壳、笔槽等空间结构限制。- 让能量传输路径更接近产品实际结构。调试重点- 中继线圈加入后原本发射端和接收端的谐振点可能会变化。- 中继线圈损耗过大时可能反而降低效率。- 中继线圈位置非常敏感需要记录距离、偏移量和角度。- 不要只看空载电压必须带电子负载测试输出能力。建议记录表text测试项 Vin Iin Vout Iout 效率 距离 偏移 温升无中继中继居中中继偏移 2mm中继偏移 5mm轻载中载重载4. 线圈与谐振网络线圈是无线充电系统中最关键、也最容易调出差异的部分。影响线圈性能的因素- 匝数匝数增加电感增加但电阻和寄生参数也增加。- 线径线越粗直流电阻越小但绕制空间更大。- 形状圆形、方形、跑道形会影响耦合效果。- 面积线圈面积越大耦合范围通常越大但未必适合小型手写笔。- 磁芯/隔磁片可以改善磁路减少背面金属影响。- 工作频率频率越高开关损耗、EMI 和集肤效应越明显。常见补偿方式- 串联补偿电容与线圈串联谐振时阻抗较低。- 并联补偿电容与线圈并联谐振时阻抗较高。- 双边补偿发射端和接收端都加补偿效率更容易优化。现场推荐流程1. 先测线圈电感 L。2. 选择目标频率 f。3. 用公式计算补偿电容 C。4. 用标准电容值并联/串联接近计算值。5. 限流上电观察输入电流、输出电压和 MOS 温升。6. 小范围扫频找效率较高且发热可控的工作点。注意输出电压最高的点不一定是最优工作点。还要同时看效率、温升和稳定性。5. 功率发射电路发射端通常由 STM32 输出 PWM经过 MOSFET 驱动芯片控制半桥或全桥逆变电路让线圈中产生交变电流。半桥特点- 器件较少控制相对简单。- 适合先做原型验证。- 需要关注高低边驱动、自举电容和死区。全桥特点- 输出能力更强。- 可实现更高线圈电压摆幅。- 控制复杂度更高直通风险更大。必须关注- 死区时间上下桥臂不能同时导通。- 栅极驱动电压要保证 MOSFET 充分导通。- 门极电阻影响开关速度、振铃和发热。- 母线电容应靠近功率桥。- 采样与保护过流时必须快速关闭 PWM。首次上电顺序1. 不接线圈只测 MCU PWM。2. 接驱动芯片测 MOS 栅极波形。3. 低压限流接功率级确认无直通。4. 接发射线圈从小占空比开始。5. 接接收端和电子负载逐步增加负载。6. 接收端、整流与电子负载接收线圈输出的是交流信号需要整流和滤波后才能给负载或充电电路使用。常见问题- 二极管压降过大低压时效率差。- 滤波电容过小输出纹波大。- 滤波电容过大上电冲击大。- 负载过重输出电压被拉低。- 空载电压高但带载能力弱通常说明耦合或谐振有问题。电子负载用途- 恒阻模式适合初步测试。- 恒流模式适合测试最大输出能力。- 恒功率模式更接近实际充电但对系统要求更高。效率计算textPin Vin * IinPout Vout * Iouteta Pout / Pin测试效率时必须记录工作频率、线圈距离、偏移、负载大小和温升。7. Hall 与 ADC 采样题目提到 Hall可能用于电流检测也可能用于位置/磁场检测。无论哪种本质都是把传感器信号变成 STM32 ADC 可读取的电压。Hall 电流检测常见形式text零电流输出约为 Vcc/2电流变化时输出电压围绕零点上下变化灵敏度常用单位mV/A换算示例textadc_voltage adc_raw * Vref / 4095current (adc_voltage - zero_voltage) / sensitivityADC 采样注意- STM32F1 ADC 通常为 12 位范围 0 到 4095。- ADC 输入不能超过 3.3V。- 分压电阻不能过大否则采样不准。- 功率电路噪声大ADC 前端建议加 RC 滤波。- 软件中可做滑动平均或一阶低通。- 上电无电流时建议做 Hall 零点校准。8. STM32F1 软件框架推荐用状态机不要把所有逻辑堆在 while 循环里。textIDLE 空闲PWM 关闭SOFT_START 软启动占空比或频率逐步调整RUN 正常运行采样、保护、闭环控制FAULT 故障状态PWM 关闭等待恢复核心外设- TIM输出 PWM必要时使用互补 PWM 和死区。- ADC采集电压、电流、温度、Hall。- DMA自动搬运 ADC 数据降低 CPU 占用。- UART打印调试信息。- GPIO控制使能、LED、按键、故障信号。推荐软件实现顺序1. LED 闪烁确认程序运行。2. UART 打印确认能调试。3. TIM PWM 输出。4. ADC DMA 多通道采样。5. 过流/过压/过温保护。6. 软启动。7. 简单闭环控制。比赛中更稳的策略先开环跑通再加保护最后再做闭环。9. PCB 与焊接调试PCB 注意事项- 大电流回路要短、粗、闭合面积小。- MOSFET、驱动芯片、母线电容要靠近。- 功率地和信号地要合理分区。- ADC 采样线远离开关节点和线圈。- 驱动芯片电源脚旁必须有去耦电容。- 预留测试点PWM、驱动输出、线圈电压、整流输出、ADC 输入。焊接检查- MOSFET 方向。- 二极管方向。- 电解电容极性。- 驱动芯片供电脚。- 线圈是否短路或断路。- 分压电阻比例。- STM32 BOOT0 是否正确下拉。1. 搞懂系统能量路径。2. 会用 LC 公式算补偿电容。3. 会判断半桥/全桥 PWM 和死区问题。4. 会用 STM32F103 配 PWM、ADC DMA、UART。5. 会写过压、过流、过温保护。6. 会按“电源-PWM-驱动-线圈-整流-负载”逐级排查。推荐公开资料- ST RM0008STM32F10xxx 参考手册搜索词ST RM0008 STM32F103 reference manual PDF- ST UM2609STM32CubeIDE User Guide搜索词STM32CubeIDE user guide UM2609 PDF- ST AN2834STM32 ADC 精度优化应用笔记链接https://www.st.com/resource/en/application_note/an2834-how-to-get-the-best-adc-accuracy-in-stm32-microcontrollers-stmicroelectronics.pdf- WPC / Qi 无线充电基础资料搜索词Wireless Power Consortium Qi specification inductive charging- TI / ADI / ST 应用笔记搜索词wireless power transfer resonant inductive coupling application note