Table of Contents
קרנות של Wireless Power Transfer ו-PCL LEout
מערכות טעינה אלחוטיות, במיוחד אלה המבוססים על העברת כוח אינדוקטיבי (IPT), הפכו להיות כלוביקוויטריות באלקטרוניקה צרכנית, מכשירים רפואיים, ויישומים תעשייתיים.ההבטחה של חיסול מחברים פיזיים ומאפשרות חתומות סגורות מציבות דרישות כבדות על יעילות העברת החשמל, עמידה אלקטרומגנטית וביצועים תרמיים של המערכת. בעוד עיצוב סליל וכוונון מחדש הם לעתים קרובות המוקד של אופטימיזציה, המעגל המודפס תחת כל היבטי המערכת.
מאמר זה מציג קבוצה מקיפה של אסטרטגיות עבור אופטימיזציה של PCB במערכות טעינה אלחוטיות.המדריך חל על המשדר (Tx) ומקבל (Rx) לוחות, כיסוי שילוב סליל ראשוני, חסימה עתירה גבוהה, מעומקת ומגן, מיקום רכיב resonant, וטכניקות אימות.כל המלצה מוצפת בתיאוריה אלקטרומגנטית וניסיון מעשי, במטרה לסייע למהנדסים אמין כי לענות על מטרות רגולטוריות ופתרון מטרות רגולטוריות.
הבנת הקשר אינדוקטיבי ורגישותו של ה-Silout
(העברה של כוח אלחוטי בשדה הסמוך מסתמכת על הפיכה הדדית בין סליל ראשוני (Tx) לבין סליל משני (Rx) coil. An Changenating הנוכחי ב-Tx coil מייצרת פלוקס מגנטי, חלק מהם המקשר את ה-Rx coil וגורם לאפקט העברת כוח (PTE) הוא פונקציה של הפיכה של colinglinging coefficient:0cird: 2.
(FLT:0) resonant לעומת חוסר יכולת להתנצלות FLT:1 נוסף להשפיע על הרגישות הפריסה.מרבית המערכות המודרניות משתמשות ב-סדרה או פיצוי שווה סדרה כדי להשיג יעילות גבוהה יותר וסובלנות רופפת יותר.מרכיבים הפסיביים (capacisi di Inducors) ואת הקשרים הבין-מסלוליים שלהם חייב להיות ממוקם כדי למזער את הפצעים בניכויים והתנגדות ב-reative Resontance in the Resontance in the Resonant Power (ב-iF) ו-ivance in the Rliance and the Revalthreative) ל- 100.
שילוב Coil ו- Trace אופטימיזציה על ה-PCP
Coil Geometry ו-Copper Thickness
סלילי Tx ו Rx הם לעתים קרובות מיושם כמו עקבות ספירלה על PCB כדי להפחית את עלות ההרכבה ואת גובה. פרמטרים פריסה קריטית כוללים:
- (FLT:0)Trace רוחב וספאם: איור 1 (Wder) עקבות להפחית את ההתנגדות DC ולשפר את הטיפול הנוכחי, אבל להגדיל את ההפסדים הנוכחיים של הנדידי במטוסים מוליכים סמוכים. a טיפוסי הוא להשתמש עובי נחושת של לפחות 2 oz (70 μm) עבור סלילי Tx מקבילים; 4 oz נחושת מומלץ עבור יישומים מעבר ל -15 Wcing בין לפחות להיות כפול מומנט נחושת.
- (FLT:0) מספר הפונים והטרטר הפנימי:FLT:1 The Inductance of a PCB coil הוא פרופורציה לכיכר מספר הסבבים והרדיוסס הממוצע של הספירלה.במהלך הפריסה, ודא כי הקוטר הפנימי גדול מספיק כדי להתאים את מגן או ferrite גיליון כי יוצב מאחורי סליל. a פציעת הדוקה עם רבים עשויים להיות בעלי עודף עצמי, הפחתת תדירות עצמית מופרזת (Srepreitance עצמית).
- (FLT:0) מיקום יחסי ל- PCB Edge: ההרחבה 1 (FLT:1) שמור על סליל לפחות 10 מ"מ הרחק מחוד החנית ומכל שפך נחושת גדול שאינם חלק ממבנה סליל.זה מקטין את אובדן השדה השולי ומונע הפיכה לא מכוונת למטוסים קרקעיים.
עבור מקלטים, סליל בדרך כלל ממוקם על השכבה התחתונה של PCB (קרוב אל המשדר) עם מגן מפרט בצד השני השני השני השני.המגן מגן על מערכת מתכת (טלורי, כאס) מדימום הנוכחי מדידי חימום נוכחי ומרכז את השדה המגנטי.וודא כי המגן הוא פועל חשמלית רק בכיוון האנכי - שימוש רב שכבתי או הסדינים נחושת כדי למנוע את השטף הקצר.
נתיבי החזרה גבוהים ושטח לולאה
שלב הכוח של המשדר מורכב מגשר מלא או חצי-גשר מופנם שמניע את הטנק המהדהד.ה לולאת ההנעה שנוצרה על ידי MOSFET, DC Link capacitor, ואת קלט הטנק חייב להיות בעל יכולת הרוטה הנמוכה ביותר האפשרית. A 10 מ"מ2 לולאה נוכחית יכולה להוסיף 5-10H של חטוף טפילטי, אשר ב 200 k תוצאות במתח בלתי-מפוספס באופן משמעותי, אך הוא גורם 2.
השתמש בתרגול הפריסה הבא עבור אינטור הכוח:
- הניחו את הציפוי של DC-link קרמיקה באופן פיזי קרוב ככל האפשר לערימה גבוהה של מוסקווה / קודי מקור נמוך. עבור ביצועים טובים ביותר, השתמש בערימה "קייק" של מספר 1206 או 0805 capacitors ישירות מתחת ל-FETs.
- עיין חיבורי הטנק באמצעות עקבות מעודנים (או קונדר גל מונח) כדי למזער את אזור הלולאה. להימנע הפעלת עקבות סליל על שכבות נפרדות ללא עקבות משמר או מטוס קרקע מתחת - זה מגביר את חוסר ההשכלה ואת רעש זוגות הלוח.
- השתמש במספר דרכים עבור מעברים מקבילים בין שכבות. A אחד באמצעות קוטר של 0.3 מ"מ מוסיף -1 nH; מקבילים באמצעות צמצום הן אינדוקטיביות והן התנגדות.
אסטרטגיות וטכניקות הגנה
מטוס מוצף תחת אזור קויל: כן או לא?
דילמה נפוצה היא האם להציב מטוס קרקע מוצק ישירות מתחת ל-Tx או Rx coil. בתדרים נמוכים (FLT:0kearFLT:1, וגורם זרמים דידיים שגורמים להפסדים ולהתחממות.FLT:2 לכן, תמיד להסיר שפכות נחושת ומטוסי קרקע מהשטח ישירות בבסיס קו השדרה (FLT: 3) אזור ה-out צריך להרחיב לפחות את קוטר 3 מ"מ"מ"ם חיצוני.
בשאר הלוח, מטוס קרקע מוצק מועיל לשלוט ב-EMI ולספק נתיב החזרה להגדרה נמוכה לסימנים שליטה ותקשורת.כדי לחבר את המטוס הקרקע למאגר או למאגר מגן, להשתמש במספר קרקעות באמצעות המטר של הלוח, אך להימנע מיצירת לולאות המנטרות את השדה המגנטי של סליל.
מגן המקבל מהסוללת ומכותי
ב המקלט טעינה אלחוטית, סליל הוא לעתים קרובות מותקן על אותו PCB הנושא את המחבר הסוללה ואת מעגלים אחרים ב- PCB הנוכחי.ללא מגן הולם, זרמי אדדי המושרה בסוללה מוביל או במגן יכול של חבילת הסוללה יהיה לחמם את הרכיבים האלה ולהקטין את היעילות.הפתרון הסטנדרטי הוא גיליון אלקטרוני (למשל, אריח רעוע או מגיח גמישה של סלפט) בין מקור מתכתי זה למגם רגיל זה יכול להיות מחובר.
עבור המשדר, מגן דומה על תחתית ה- PCB (צדו של ה-CBT) מצמצם את ההפיכה למתכת במתחם המכשיר (למשל, משטח מתכת) צריך להיות מוליכים רק עבור זרמי AC (FLT:0belowFLT:1 תדירות התפעולית, ולכן fer משמש במקום מטוס נחושת מוצק.
מקום ל-Resonant Tank Tuning
הכנפיים (CIRFLT:0 ⁇ FLT:1 ו CIRLT:2sFLT 3: בפיצוי סדרה) יש להציב בזהירות קיצונית כדי לשמור על תדירות ההחזר הרצוי. אפילו כמה pF של קפיאזטי נוסף לטנקים יכול לשנות את נקודת התפעול על ידי כמה קילאהרץ ב -678.
- (ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (FLT:0) מקבילות מרובות capacitorsFLT:1 כדי להפחית את ESR ו ESL. לדוגמה, שני 10 nF C0G capaciaciacitors במקביל יש מחצית ESL של 22 nF capacitor, והם להפיץ את הנוכחי אפילוly.
- (FLT:0)Afree run high-speed דיגיטליות או קווי שעון ליד רכיבי הטנק המהדהדים.OVAFLT:1 השדה המגנטי מן סליל יכול ליצור רעש לתוך אותות אלה, ובאופן כללי, רעש דיגיטלי יכול להפיץ לתוך נתיב הכוח באמצעות הפיכה קצבית קפיטית טפילית. לשמור על מרחק של לפחות 2 מ"מ ממרכיבים לכל מעגל רגיש.
- (ב) ל[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]
ניהול עשיר ב-Power Stage
ההשמדה במערכות חשמל אלחוטיות מקורה בעיקר מהפסדים נחושת, הפסדים מרכזיים במגן מפרטקס, והפסדי התנהגות ב-Moter MOSFET. הפריסה של PCB חייבים לתמוך בפירוק חום ללא ביצועים משפילים.
- (FLT:0) יעילות ה-Copper:FLT:1 השתמש בסימנים רחבים יותר מאשר הציון הנוכחי המינימלי היה מצביע על - עקבות נחושת 3 oz 5 מ"מ רחב יכול להתמודד עם 5 A עם פחות מ 20 מעלות צלזיוס עלייה.עבור סליל Tx, לשקול שימוש בספירלה מלאה עובי נחושת שנבנה באמצעות מסכות נמכרות מרובות (למשל, טכנולוגיית מטבע) כדי להפחית את התנגדות DC.
- (FLT:0Via תפרים להפצת חום:FreaLT:1) תחת המדפים המופנמים ואת כריות סליל, תפרים מספר רב של דרך תרמית (0.3 מ"מ, 0.5 מ"מ) למטוס קרקע או נחושת ייעודית חום לשפוך בצד השני השני.
- (FLT:0)Ferrite מגן קירור: 1FLT:1 חומרים פרייט יש מוליכות תרמית נמוכה. במערכות כוח גבוה (> 15 W), לספק אי נחושת על השכבה המנוגדת לפריט המחובר דרך תרמי באמצעות שכבת PCB החיצונית. אי זה יכול להיות משותף לחום או לשסגוני.
EMI Mitigation: סינון וטכניקת לילוט
משדרי טעינה אלחוטיים הם מקורות רעשים EM מטבעם – הקצוות המהירים של הרמוניות מעוררות המוח שיכולים להגיע ללהקת FM ומעל.הפריסת ה- PCB יכולה להפחית את פליטות הניתנות באמצעות מספר שיטות מוכחות:
- <חזק> מסנן LC בקלט הכוח.חזק> Place סדרה ferrite bead ואחריו 100-470 nF קרמיקה capacitor ממש במחברת קלט.The ferrite bead צריך להתמודד עם זרם DC מלא ללא ריצוף - select אחד עם < 5 m ⁇ DCR.
- (FLT:0) נביחות של הפלט של ה-FLT (FLT) 1:1 אפילו מלכוד קטן (למשל, 1 nF + 2.2 ⁇ ) על פני הקלט הטנק יכול לחבב ⁇ מבלי להשפיע על החיסון הבסיסי.מקם את רכיבי החרוטב קרוב ככל הניתן פיזית למסוף ה-ET.
- (FLT:0) ספדור-ספקטרום שעון, אנדרל 1 (FLT:1), אם כי לא רק טכניקת פריסה, ניתן להשתמש על ידי פריסה אשר שומרת על oscillator המפוזרים מן השדה המגנטי של סליל.
- (FLT:0) עיין במטוס הקרקע בין סעיף הבקרה הדיגיטלית לבין סעיף הכוח.Felo1 השתמש בחיבור חד-צדדי חד-צדדי על גבי מסך ה- DC קלט רובץ.זה מונע החלפת רעש מזיהום ערוץ התקשורת (למשל, צ'י מודולציה) אשר רוכב על אותו קוהיל.
בדיקה ואימות: החל מסימולציה לייצור
אין פריסה PCB סופית ללא אימות.הבדיקות הבאות צריכות להתבצע בשלב האבטיפוס, והתוצאות ניזונות חזרה לפריסה עבור תיקון במידת הצורך.
מדדי אנליייזר
השתמש מנתח רשת וקטור (VNA) כדי למדוד את שני ה-port S-parameters של סלילים יחד. SIRFLT:02103FLT:1 ), שיא שידור 1 נותן את הקופה ההפיכה ואת התדר המהדהד.אם ההפיכה נמדדת היא יותר מ 5 אחוזים מן המטרה, להתאים את ערכי החפיר או reexamine מחדש ב parasitic in anphttic זיהוי של צינורות untraance in atraance in the atraance in atras.
מבחן העברת חשמל (PTE)
מדדו את הכוח של DC לשדר ולפלט DC מכוח המפלט. Efficiencyמיפוי במגוון היערכות מגלה את הרגישות של הפריסה לעיוות. A טיפות של יותר מ -10% יעילות ב 2 מ"מ לעתים קרובות מצביע על עיצוב מגנטי גרוע או הפסדים עכשוויים מוגזמים מופרזים בשפך נחושת הסמוך - תוך מתן אזורי שמירה על הפריסה.
הדימום החריף
במהלך ניתוח כוח מלא, השתמש מצלמה תרמית כדי לזהות כתמים חמים. אזורים חמים מחוץ סליל (למשל, על קצה המטוס הקרקע) אות מושרה זרמי אדדי. Modify את הפריסה על ידי הרחבה של אזור שמירה או הוספת חריצים במטוס הקרקע כדי להפריע את המסלול.
סורק EMI Compliance Scan
פליטות רדיated מן סליל ואת הלולאה כוח לשלוט. A ליד שדה חקירה יחד עם מנתח ספקטרום יכול לאתר כתמים חמים פליטה.אם הלוח נכשל CISPR 22 או FCC חלק 15, לשקול הוספת מגן מפרטקס או מתחם מגן נחושת (קשור לקרקע) על פני אלקטרוניקה משדר.
משאבים נוספים ועיסוקים טובים
עבור מהנדסים לצלול עמוק יותר לתוך פריסת כוח אלחוטית PCB, ההפניות הבאות מספקות הדרכה סמכותית:
- טקסס מכשירים (FLT:0) "AN-2011 - הנחיות למניעה של כוח אלחוטי Transmitters Using the bq500410A" ראשי תיבות של: FLT:1 - המלצות מעשיות לממשק סליל ולמיקום נחירות.
- וָארְתְּלְקְטַּרְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטְטַה (בתרגום חופשי: ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- צ'י 1.2.4 ו- 2.0 פרוטוקול תקשורת מפרט - מכיל הנחיות לתכנון אנטנה (coil) דרישות פריסה מינימליות עבור יכולת בין-אופרציה.
בנוסף, לשקול שימוש בכלים סימולציה של PCB כגון ANSYS Q3D או FastHenry כדי לחלץ אינדוקציות פרציטיות ו- capacitances מן הפריסה לפני הסתברות. סימולציה של 15 דקות יכול לחסוך שבועיים של מחזורי רזפן.
המונחים: Action Layout Rules
- (FLT:0) שמור על נחושת הרחק מאזור סליל 1 (Falal) - הן מטוסים קרקעיים והן עקבות אות. השתמש באזור של לפחות שטח חיצוני סליל + 3 מ"מ.
- (FLT:0) מיליטיזציה של אזור הלולאה של כוח 1 (Feloph:1) - שני מרכיבים בעלי אופי גבוה ונמוך, להציב DC קישור מכסה ישירות על פני המהפך.
- (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) וחילול כוח (ב) , 4 oz אם היתרי חלל וכוח עולה על 15 W.
- (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (ב) ,0) , 000 מהדורות של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (ב) ,0) ,ב"התזות ה"הלא-הלא-הלא-החל" (ב) , RC ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (ב) ⁇ :0) מוקדם יותר ו-IterateFLT:1 ; VNA ודמיון תרמי הם כלים הכרחיים עבור הפריסה הסופית.
על ידי יישום אסטרטגיות אלה באופן שיטתי, מהנדסים יכולים להשיג עיצובים אלחוטיים כוח המספקים יעילות גבוהה, חסינות חזקה כדי ליישר וציות לסטנדרטים EMI בינלאומיים.הפריסת PCB אינה רק לאחרת לעיצוב המגנטי – זהו המדיום שבאמצעותו נוצר הקישור המגנטי, מייצב ומוגן מפני הסביבה שלו.