无线充电 Qi 协议深度解析：通信原理、包格式、调制方式，附 XS016Rx 接收芯片实践方案

前言

很多工程师刚接触无线充电的时候，以为无线充电只是线圈 + 整流就能完成供电。实际调试就会发现：直接给线圈通交流电会遇到一大堆问题：发射端空载功耗高、金属异物放上去疯狂发热、负载变化时电压失控、充满电之后无法降功率保护电池。

无线充电不只是能量传输，收发端之间的 Qi 协议通信才是整套系统的大脑。今天结合协议原理、报文解析、调制电路，再分享一款完全遵循 Qi V1.2 协议的接收芯片 XS016Rx，聊聊实际产品落地开发。

一、为什么无线充电必须要有 Qi 通信协议？

单纯电磁感应只能传递能量，没有交互就会有三大致命问题：

设备检测：发射线圈通电之后，怎么确认上面有没有放合法的接收设备？没有接收设备时发射端需要进入低功耗，减少待机耗电。

异物检测 FOD：如果钥匙、硬币这类金属放在充电板，交变磁场会在金属内部产生涡流，导致金属急剧升温，存在安全隐患，必须通过通信识别区分 “合法接收端” 和 “金属异物”。

动态功率调节：充电初期电流大，电池快充满的时候负载阻抗变大，如果发射功率保持不变，接收侧电压会飙升，会打坏后端电池。接收端需要实时上报状态，让发射端跟随负载动态调节输出功率，类似开关电源的反馈环路。

Qi 协议的解决思路：单向负载调制通信。接收端做通信的主动方，通过改变接收端负载，把数据包调制到线圈上；发射端检测线圈侧信号解调数据包。通信模式很类似 RFID，但只有 RX 往 TX 单向上报数据，发射端只接收不发送数据。

二、Qi 完整通信流程梳理

整套通信分为三大阶段：Ping 探测阶段、识别配置阶段、电能传输阶段。

Ping 探测阶段发射端输出 Ping 脉冲信号，持续扫描；接收线圈感应到磁场上电之后，立刻回复信号强度包。发射端收到合法数据包，判定上面存在接收设备；超时收不到报文，就判定设备移走，回到休眠扫描。

识别和配置阶段握手成功后，接收端依次发送身份标识包（0x71）、配置包（0x51），告诉发射端自己版本、最大接收功率等参数。发包中间间隔不能超过 21ms。发射端解析报文完成参数配置，正式进入功率传输。

电能传输阶段进入充电之后，接收端周期性上报：

控制误差包0x03：告诉发射端需要升功率 / 降功率，报文间隔小于 1.55s；

已接收功率包0x04：上报当前实际接收功率；

当电池满电，发送终止传输包0x02，通知发射端停止输出。

如果发射端长时间收不到接收端数据包，直接判定设备移除，重启 Ping 探测流程。

各阶段数据包类型表

表格

数据包完整格式：前导（1125bit 的 1） + 报头 + 数据信息 + 校验（报头异或信息） + 停止位，通信波特率固定 2KHz，每字节包含起始位、8bit 数据、校验位、停止位。

三、接收端两种负载调制方式：电阻调制 VS 电容调制

接收端要把数据包发给发射端，核心手段就是负载调制，快速改变谐振回路负载，让发射端线圈电压出现波动，发射端解析波动得到比特流，分为两种电路实现方式：

电阻调制：MOS 管控制并联电阻接入，通过电阻通断改变负载。电路简单，单片机模拟 Qi 协议调试经常使用；缺点是调制时电阻会产生额外功耗。

电容调制（主流产品方案）：MOS 控制调制电容接入谐振回路，改变谐振点实现信号调制，XS016Rx 芯片内部就是采用电容调制方案，功耗更低，是商用接收芯片的首选。

简单理解：电阻是改变负载电阻大小；电容调制是改变谐振回路的容值，不消耗大量有功功率，充电效率更高。

四、协议实现：从单片机模拟到商用 XS016Rx 芯片

最开始研究 Qi 协议，我尝试过用普通单片机模拟接收端控制逻辑：写前导码、拼装报头 0x01/0x71/0x51/0x03/0x04 报文，做异或校验，用电阻调制输出数据包，验证发射端握手、功率调节逻辑。

但是单片机裸写 Qi 协议坑点非常多：

2Kbps 时序严格，前导 bit 数量、报文间隔时间窗口（21ms、1.55s）容错很小，时序稍有偏差发射端直接不认；

需要自己实现整流后电压采样、电流采样，根据电池状态计算控制误差；

需要额外增加温度保护、满电检测逻辑；

BOM 元器件多，量产一致性差。

如果做消费类量产产品，耳机充电盒、电动牙刷、小型礼品设备，直接选用成熟协议接收芯片会省心很多，这里介绍 XS016Rx 无线充电接收芯片，芯片固件已经完整实现 Qi 1.2 协议栈，本质就是一颗固化 Qi 协议的专用 MCU 芯片。

✨XS016Rx 核心特性

完全兼容 WPC Qi V1.2 标准协议，完整实现上面讲的 Ping 探测、识别配置、电能传输全流程，支持信号强度包、身份包、配置包、控制误差包、满电终止包全部报文，兼容市面绝大多数 Qi 标准发射底座。

硬件采用电容调制电路，相比电阻调制功耗更低，整机充电效率可达 70%75%，接收功率最大 5W，最大输出电流 0.81A，非常适合 TWS 充电盒、电动牙刷、小型消费电子产品。

内置温度保护功能、LED 状态指示引脚，电池充满自动发送终止传输包，防止过充。

封装 SOP8 / MSOP8，外围 BOM 器件少，PCB 占板面积小，降低硬件开发工作量。

工作频率范围 105205KHz，充电有效距离可达 68mm，对线圈对位容错比较友好。

�典型应用场景

TWS 蓝牙耳机充电盒

电动牙刷、小型美容礼品

小型便携消费设备无线充电接收模块

开发的时候只需要按照手册搭外围整流、采样、线圈电路，不需要再从零写 Qi 协议报文逻辑，芯片内部自动完成和发射端的握手通信、功率上报、满电上报，工程师更多精力放在后端锂电池充放电管理。

五、开发调试踩坑小结

时序是 Qi 协议第一大坑：发包间隔超时，发射端直接判定设备丢失，重新 Ping 扫描。单片机模拟协议时一定要严格遵守报文间隔：识别阶段间隔小于 21ms，电能传输控制误差包间隔小于 1.55s。

调制方式选择：开发验证可以用电阻调制做快速原型；量产产品优先电容调制，效率高发热小。

异物检测不是发射端单方面工作：接收端正确回复协议报文，发射端才能区分是合法设备还是金属铁块；如果接收协议异常，正常设备也会被发射端当成异物，直接关断功率。

线圈匹配：谐振电容参数需要和接收线圈严格匹配，匹配错误会直接导致调制信号幅度不足，发射端收不到数据包，握手失败。

六、写在最后

很多人看无线充电只关注线圈、功率管硬件，却忽略 Qi 协议通信。实际上，硬件决定能量上限，协议决定整套系统能不能安全稳定工作。

如果你是做小功率消费类无线充电产品，不想投入大量人力调试 Qi 协议时序、报文、校验逻辑，可以了解 XS016Rx 接收芯片，协议栈已经硬件固化，拿来搭外围电路就可以快速量产，非常适合耳机盒、小家电类产品开发。

本文学习资料来源：Qi 协议解码文档、XS016Rx 芯片官方 datasheet，仅供硬件开发工程师学习参考。