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无线充电 PCB 效率优化:从基材到布局,这些细节能让充电快 20%

来源:捷配 时间: 2025/10/10 10:32:07 阅读: 203
    很多人觉得 “无线充电比有线慢”,其实效率差异的关键藏在 PCB 设计里 —— 同样是 15W 无线充电,好的 PCB 设计能让效率从 65% 提升到 85%,充电时间缩短 20%;差的设计则可能因损耗过大,导致充电慢、发热严重。今天从科普角度,拆解无线充电 PCB 效率优化的 4 个核心细节,帮你搞懂 “如何让无线充电更快、更省电”。

细节一:选对基材,减少高频损耗

无线充电的磁场频率通常在 100kHz-1MHz(Qi 标准 110kHz),普通 FR-4 基材在这个频率下 “介质损耗” 大(信号衰减严重),会浪费 10%-15% 的能量。优化基材是提升效率的第一步:
  • 中低功率(5-30W,如手机、耳机):选用 “高频低损耗 FR-4”,如生益 S1141(介质损耗角正切 tanδ≤0.008@1MHz),比普通 FR-4(tanδ≈0.015)损耗减少 40%,15W 充电效率可从 70% 提升至 78%;
  • 大功率(30-150W,如笔记本、电动汽车):需升级为 “高频专用基材”,如罗杰斯 RO4350B(tanδ≤0.004@1MHz),介质损耗仅为普通 FR-4 的 1/4,65W 充电效率从 75% 提升至 85%,发热减少 25%。
     
    某测试显示:15W 充电时,普通 FR-4 PCB 的线圈周围温度 48℃,用生益 S1141 的 PCB 仅 42℃,损耗差异直接体现在温度与效率上。

 

细节二:优化线圈铜箔,减少电阻损耗

线圈是能量传输的 “主干道”,铜箔的电阻损耗(电流流过铜箔产生的热量)是效率损失的主要来源,优化方向有三个:
  1. 加厚铜箔:普通 PCB 铜箔厚度 1oz(35μm),无线充电 PCB 建议用 2oz(70μm)或 3oz(105μm),电阻值可减少 50%(如 0.3mm 线宽线圈,2oz 铜箔电阻 0.5Ω,1oz 则 1Ω),15W 充电时电阻损耗从 1.5W 降至 0.75W;
  2. 优化线宽与匝数:线宽并非越宽越好,需匹配最大电流(参考 “线宽 mm≈电流 A×0.2”),比如 15W 充电最大电流 1.6A,线宽 0.3-0.4mm 足够,过宽会浪费空间;匝数需匹配电感值(如 Qi 标准 15W 要求 12-15 匝),过多会增加电阻,过少则磁场弱;
  3. 减少线圈拐点:线圈的 90° 拐点会增加电流集中(局部电阻增大),改为 135° 圆弧过渡,可减少 5%-8% 的电阻损耗,尤其适合方形线圈。

 

细节三:用同步整流,减少电路损耗

接收端 PCB 将线圈感应的交流电转为直流电时,传统 “异步整流”(用二极管)会产生 0.7V 左右的压降,浪费 5%-10% 的能量;升级为 “同步整流”(用 MOS 管),压降可降至 0.1V 以下,损耗大幅减少:
  • 同步整流需要 PCB 上集成同步整流芯片(如 TI TPS61088、ADI ADP5091),芯片会根据电流方向控制 MOS 管导通 / 关断,替代二极管的单向导电功能;
  • 优势明显:15W 充电时,同步整流比异步整流效率提升 8%-12%,充电时间缩短 15 分钟(手机从 0-100%);
  • 注意:同步整流芯片需靠近线圈,减少线路损耗,PCB 布局时要让线圈输出端到芯片的距离≤3cm,线宽≥0.3mm。

 

细节四:对齐辅助设计,减少偏移损耗

无线充电效率对线圈对齐度极敏感,偏移 2mm 效率可能下降 10%,PCB 上增加对齐辅助设计,能让用户快速对齐,提升实际使用效率:
  • 导磁片定位:在 PCB 线圈下方预留导磁片粘贴区域(导磁片能汇聚磁场),导磁片的形状(如圆形凹槽)可引导设备定位;
  • 定位孔 / 标记:在 PCB 边缘设计定位孔,或印刷对齐标记(如圆形轮廓),方便用户快速找到线圈中心;
  • 多线圈布局:在 PCB 上集成 2-4 个小线圈(如手机无线充电器用 3 个圆形小线圈),实现 “任意位置充电”,即使偏移也能通过线圈切换保持效率(如偏移 3mm 时切换到相邻线圈,效率仅下降 5%)。
 
 
这些效率优化细节的落地,需要专业的设计与测试,而捷配在无线充电 PCB 效率优化上拥有完整方案:首先,基材方面,捷配提供生益 S1141、罗杰斯 RO4350B 等高频低损耗选项,根据功率需求精准匹配;线圈设计上,支持 2oz/3oz 加厚铜箔、135° 圆弧拐点,电阻损耗减少 50%;电路层集成同步整流芯片布局,确保线圈到芯片的距离≤2.5cm,线宽≥0.3mm;此外,捷配还支持多线圈设计(2-4 个小线圈)、导磁片定位区域预留,减少对齐偏移损耗。每块无线充电 PCB 出厂前,捷配都会测试效率(如 15W Qi 充电效率≥80%)、温度(线圈周围温度≤45℃),确保优化效果落地,让无线充电既快又省心。

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