Kablosuz şarj sistemleri ve Inductive Power Transfer için optimal betonlar için stratejiler

Kablosuz Güç Transferinin ve PCB Layoutout

Kablosuz şarj sistemleri, özellikle de kanal verimliliğinin (IPT) temeline dayanan bu, tüketici elektronik, tıbbi cihazlar ve endüstriyel uygulamalarda ubiquitous hale geldi. Sistem davranışının her yönünü ortadan kaldırmak için fiziksel konektörler ve mühürlenmiş muhafazalar sağlamak, elektrik transfer verimliliğini, elektromanyetik uyum ve ısıtımı sağlamak için.

Bu makale, kablosuz şarj sistemlerinde PCB düzeni optimizasyonu için kapsamlı bir strateji sunuyor. Rehber hem de verici (Tx) ve alıcı (Rx) yönetim kurulu, ilk bant entegrasyonu, yüksek mevcut routing, zemin ve kalkanlama, resonant yerleştirme ve geçerlilik teknikleri için geçerlidir. Her tavsiye elektromanyetik teori ve pratik donanım deneyimi için zemine sahiptir, verimlilik hedefleri ve düzenleyici sınırları karşılayan mühendislere yardımcı olmak için tasarlanmıştır.

İndüktif Linki ve Onun Hassasiyeti Layoutout

Yakın alanda kablosuz güç transferi, Rx bandı ile bir gerilime dayanıyor. (Tx) bantlama katsayısı ve ikincil (Rx) bant genişliğinin bir fonksiyonudur.[Tx bantlı geometri, hizalama ve mesafe) ve kaliteli faktörler ([Dönetici) ile yeniden boyutlandırmak için kullanılan bir devreler.[Döneticileri oluşturmak.

[FONT:0]Resonant olmayan üstolojilere karşı ([Döneticileri) ve PCB bağlantılarının daha fazla ayarlanma ve direnişe yerleştirilmesi gerekir. Çoğu modern sistemler 100-205 kHz aralığındaki kablosuz güç transferi için seri-parale (örneğin, Qi standart), cilt etkisi ve etkisi, bakır izlerinin yüksek frekanslılar gibi yüksek frekanslılar için 6.78 inter-upferanslar (örneğin, yüksek çözünürlükte) ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte.

PCB Entegrasyonu ve Trace Optimizasyonu PCB'de

Bant Geometry ve Copper Kalınlık

Tx ve Rx Bantları genellikle PCB'de montaj maliyetini ve yüksekliği azaltmak için spiral izlerini uyguluyor. kritik düzen parametreleri şunları içerir:

Alıcılar için, bant genellikle mevcut ısıtmadan gelen sistem metali korur ve manyetik alanda sadece dikey yönde çalışır - multikatli ferrite veya desene doğrultmeler sağlar.

Yüksek Lisanslı Yüksek Lisanslar ve Halka Alanı

Rezonant tankını yönlendiren tam birbridge veya yarı-bridge inverterlerinden oluşur. kompresyon döngüsü, 6-13 mULLAH'ın reaktif bir şekilde şekillendirilmesi ve tank girişinin en düşük maliyetli olması gerekir, ancak 6.78 MHz'de, resitik frekanstan 5-10 nH'ye kadar gerilimin değiştirilmesini önemli ölçüde değiştirir.

Güç dönüştürücü için aşağıdaki düzeni uygulamaları kullanın:

Strategies ve Shielding Teknikleri

Bant Alanı altında Katı Zemin Planı: Evet veya Hayır?

Ortak bir ikilem, doğrudan Tx veya Rx bandı altında sağlam bir zemin uçağının yer olup olmadığınızdır. [Dört:0)[Dönetici:0)[Dönetici: 1 ) ve bant genişliğine neden olan eddy akımlarına yol açar.

Kurulun geri kalanı için, sağlam bir zemin uçağı EMI'yi kontrol etmek ve iletişim sinyalleri için düşük bir geri dönüş yolu sağlamak için faydalıdır. Zemin uçağı şasi veya kalkan muhafazasına bağlanmak için, tahtanın çevresinin etrafındaki birden fazla zemin kullanın, ancak tırnak manyetik alanını birbirine bağlayan döngüler oluşturmaktan kaçın.

Battery ve Metalik Bileşenlerinden Alıcıyı Sağlayın

Kablosuz şarj alıcısında, bant paketinin bu bileşenleri ısıtıp verimliliği azaltacaktır. Standart çözüm, a sinteredilen, eddy akımları, jeneratör ve metalik yapılar arasında yerleştirilen, jeneratörlü bir pede ısıtılır ve verimlilik azaltır. Standart çözüm, düşük bir yanlı yol ile alıcı zemine bağlanır.

verici için, PCB'nin alt kısmında benzer bir ferrite kalkanı (parçadan gelen) cihazının içine konması (örneğin, metal bir masa yüzeyi) için kullanılır.

Resonant Tank Tuning için montaj

Resonant kapasitörler (C[DDD:0)p) ve C)[Diziler[Dönetici tazminatı) istenen resonant frekansı korumak için aşırı bakım ile yerleştirilmelidir. Tanka ek olarak birkaç kilo cihazı işletme noktasını 6.78 MHz'de değiştirebilir.

Güç Aşamasında Termal Yönetim

Kablosuz güç sistemlerindeki ısıtma, öncelikle bantrite kalkanlarında temel kayıplardan ve inverter MOSFET'lerde yaşanan kayıpların kaynaklanmasıdır. PCB düzeni, ısı dağılımını yükseltmeden desteklemelidir.

  1. [FONT:0]Copper verimliliği:[Dönetici:[Dönetici:0)) Düşük çözünürlükte daha geniş izler kullanın - 3 oz bakır izi 5 mm genişlik, 5 A ile 20°C artışından daha az başa çıkabilir. Tx bant için, birden çok satılan bir spirali kullanarak düşünün (örneğin, teknoloji) DC direnişini azaltmak için.
  2. [FONT:0)Sıcak ısı yayılma için dikme: [DÜDÜT:1]İsviçreli MOSFET'ler ve bant pedleri altında, birden fazla termal küller (0.3 mm çapında, 0,5 mm perde) bir zemine veya tam tersi tarafta özel bir ısı hazır bakır dökmek için.
  3. [FONT:0)Ferrite kalkanı soğutma: [Dönetici: [Dönetici:0) Ferrite malzemelerinin düşük ısı iletkenliği vardır. Yüksek güç sistemlerinde (> 15 W), tam tersi bir bakır ada sağlar, ki bu da PCB dış katmanına bağlı olarak.

EMI Mitigation: Filtreleme ve Layout Teknikleri

Kablosuz şarj vericileri doğal olarak EM gürültü kaynaklarıdır - FM bandında ve yukarıda zirveye ulaşan inverterlerin hızlı geçiş kenarları. PCB düzeni birkaç kanıtlanmış yöntem aracılığıyla gerçekleştirilebilir ve emisyonları azaltabilir:

Test ve doğrulama: Simülasyondan Üretime

PCB düzeni doğrulama olmadan son değildir. Aşağıdaki testler prototip aşamasında yapılmalıdır ve gerekliyse revizyon için yeniden beslenebilir.

Network Ölçümleri

Bir vektör ağı analizciyi kullanın (VNA) iki kanal S-parametreleri çift anahtarlamalardan veya tank döngüsündeki geri yükleme noktalarına göre daha fazla.

Güç Transfer Verimliliği (PTE) Test

Düzelt giriş DC gücü alıcıdan DC gücü tekrarlayıcı. Çeşitli hizalarda ölçümler, düzeni yanlış anlamayın. 2 mm'de% 10'dan fazla verimlilik genellikle zayıf manyetik tasarım veya aşırı eddy mevcut kayıplar gösterir - yerdeki tutma bölgelerinin yerdeki yerini düzeltmektedir.

Termal Görüntüleme

Tam güç işlemi sırasında, sıcak noktaları tanımlamak için bir termal kamera kullanın. Kapak dışında sıcak alanlar (örneğin, zemin düzlem kenarlarında) sinyal uyarılı eddy akımları.Yeryüzünde yer alan yeri genişleterek düğümleri genişletin veya yerdeki boşluğu kesmek için zemin uçağın içine ekleyin.

EMI Compliance Scan

Radiated emisyonları ve güç döngüsü hakimdir. Yakın bir alanda yapılan bir spektrum analizörü ile birlikte emisyon sıcak noktaları bulabilir.Eğer yönetim kurulu CISPR 22 veya FCC Bölüm 15 başarısız olursa, bir ferrite kalkanı veya bakır koruyucuyu (köneyle bağlantılı) bir şekilde eklemeyi düşünün.

Ek Kaynaklar ve En İyi Uygulamaları

Mühendisler kablosuz güç PCB düzenine daha derin bir şekilde dalıyor, aşağıdaki referanslar yazara dayalı rehberlik sağlar:

  1. Texas InstrumentsFL:0) "AN-2011 - bq500410A" ) kullanarak Kablosuz Güç Kontrolleri için Layout Kılavuzları - bant arayüzü ve snubber yerleştirme için pratik öneriler.
  2. Würth ElectronicsETHT:0) “Trilogy of Manyetiks – EMI ve EMC için Tasarım Rehberi”) - ferrite seçimi ve endüktif bağlantılar için kalkanlama.
  3. Qi 1.2.4 ve 2.0 İletişim Protokolü - anten (parça) tasarımı ve interoperability için minimum düzen gereksinimleri için kılavuzlar içerir.

Ayrıca, ANSYS Q3D veya HızlıHenry gibi PCB simülasyon araçlarını kullanarak, prototyping öncesi ayarlardan parasitik indüktörler ve kapasitances çıkarmak için dikkate alın. 15 dakikalık bir simülasyon iki hafta respin döngüleri kurtarabilir.

Actionable Layout Kuralları

Bu stratejileri sistematik olarak uygulayarak, mühendisler yüksek verimlilik sağlayan kablosuz güç tasarımlarına ulaşabilir, esnekliğe uyum sağlar ve uluslararası EMI standartlarına uygundur. PCB düzeni sadece manyetik tasarıma rağmen bir değildir - manyetik bağlantının oluştuğu ortam ile ortadır ve kendi ortamından korunuyor.