01

數(shù)字標(biāo)題

1.無線充電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能

圖1無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖片來自“應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備的低功耗無線充電系統(tǒng)的研發(fā)”

整流濾波:將220V/50Hz交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電；

DC-DC:降壓高壓直流電輸出低壓直流電(功率5 W，電壓一般5 V，10 W電壓一般9 V，15 W電壓一般12 V，小米9最新20W電壓15 V，無線充電電流一般不超過1.5a)；

高頻逆變:通過高頻逆變電路將低壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓高頻交流電(頻率約100-200 kHz)，使發(fā)射端線圈產(chǎn)生強(qiáng)感應(yīng)磁場；

整流濾波:由于電磁感應(yīng)原理，接收端在強(qiáng)感應(yīng)磁場中產(chǎn)生低壓高頻感應(yīng)電流，經(jīng)過交流-DC電路后轉(zhuǎn)化為直流電，此時(shí)可以直接供給負(fù)載。

2.無線充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程

圖2無線充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程

檢測(cè)階段:檢測(cè)到物體放置的位置后，發(fā)射端發(fā)射一個(gè)小的測(cè)量信號(hào)，監(jiān)測(cè)物體的放置和運(yùn)動(dòng)，判斷是否進(jìn)入下一階段，這個(gè)信號(hào)不會(huì)喚醒接收端；

判斷階段:發(fā)射端將發(fā)射功率信號(hào)，檢測(cè)接收端可能的響應(yīng)，從而判斷響應(yīng)是接收端還是未知物體。如果發(fā)射機(jī)接收到正確的信號(hào)，它將繼續(xù)進(jìn)入識(shí)別和配置階段，并保持功率信號(hào)輸出；

識(shí)別和配置階段:接收端將所需的能量信號(hào)傳回發(fā)射端。發(fā)射端需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，并根據(jù)接收端需要的能量調(diào)整輸出功率。無法解碼時(shí)，默認(rèn)發(fā)射功率為5w；；

送電階段:“識(shí)別配置”階段完成后，發(fā)射端開始送電模式。接收端控制電路向發(fā)射端發(fā)送誤差包，將整流后的電壓調(diào)整到線性調(diào)節(jié)器效率最大化所需的電平，并將實(shí)際接收到的功率包發(fā)送到發(fā)射端進(jìn)行異物檢測(cè)(FOD)，可以保證安全高效的功率傳輸。

結(jié)束階段:接收端發(fā)出EPT(結(jié)束？權(quán)力？轉(zhuǎn)移，結(jié)束送電)信號(hào)，接收端收到EPT信號(hào)時(shí)終止送電。

3.為什么無線充電Qi標(biāo)準(zhǔn)選擇100~205 kHz

Qi標(biāo)準(zhǔn)基于電磁感應(yīng)充電技術(shù)，頻率為100-205kHz。無線充電傳輸?shù)氖悄芰慷皇切盘?hào)，因?yàn)?00-205kHz是對(duì)人體無害的低頻非電離頻率，會(huì)大大降低對(duì)人體的傷害。另一方面，該頻率與大多數(shù)無線設(shè)備不在同一信道上，不會(huì)影響其他無線設(shè)備。

4.無線充電線圈測(cè)試要求100 kHz/1V，1V是什么意思？

測(cè)試頻率為100 kHz，1 V為激勵(lì)電壓。電源電壓:為測(cè)試設(shè)備提供能量，使其處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。普通電源電壓220V；；激勵(lì)電壓:作為信號(hào)輸入，它使電路具有一定的響應(yīng)(輸出)，從而獲得響應(yīng)(輸出)和激勵(lì)(輸入)之間特定的函數(shù)關(guān)系。無線充電線圈常用的LCR測(cè)試儀是安捷倫E4980A，采用自動(dòng)平衡電橋法原理，在220 V的電源電壓下正常工作，信號(hào)源產(chǎn)生頻率為100 kHz、電壓為1V的信號(hào)，經(jīng)過無線充電系統(tǒng)后得到輸出信號(hào)。通過對(duì)比分析，計(jì)算出電感、Q值和交流電阻。

02

無線充電線圈

無線充電常見的發(fā)射器線圈包括繞線線圈和絞線線圈，接收器線圈包括柔性印刷電路(柔性印刷電路板)線圈和絞線線圈。

1.繞線線圈和多股絞合線圈

圖片3

圖片4

這兩種線圈一般用于無線充電發(fā)射器。整個(gè)產(chǎn)品的厚度沒有那么高(公差可以給0.5 mm)。制造成本低，工藝簡單。一般都是常規(guī)產(chǎn)品(比如A11線圈)。

包絲線:在漆包絞線表面涂上一層或兩層天然纖維或化學(xué)纖維形成的線，包括聚酯包絲線、尼龍包絲線、自粘包絲線(丙酮粘合、熱風(fēng)粘合)，其中最常用的是丙酮自粘包絲線；

多股導(dǎo)線:多股銅線按照一定的規(guī)則和方向螺旋纏繞在一起，形成多芯電源線，多股導(dǎo)線通過熱風(fēng)粘合纏繞成線圈。計(jì)算鋼絞線最大外徑的經(jīng)驗(yàn)公式；

D=1.155*d*√n

其中:1.155——系數(shù)；d——單根銅線的最大外徑；N—絞合線的股數(shù)

為什么要用多股而不是同樣線徑的銅線纏繞線圈？

第一，方便加工。多股導(dǎo)線柔軟有彈性，而相同線徑的銅線比較硬，加工難度大；

第二，減少皮膚效應(yīng)。無線充電的工作頻率為100-200 kHz，高頻電流通過導(dǎo)體。隨著離導(dǎo)體表面的距離逐漸增大，導(dǎo)體中的電流密度呈指數(shù)下降，即導(dǎo)體中的電流會(huì)集中在導(dǎo)體表面，這就是趨膚效應(yīng)。單線徑銅線的趨膚效應(yīng)嚴(yán)重，導(dǎo)致發(fā)熱，效率降低；多股中單根漆包線相互絕緣，線徑小，可有效降低趨膚效應(yīng)的影響。

2.FPC線圈

(1)普通FPC結(jié)構(gòu)

單面板:不能作為FPC線圈使用(一側(cè)有銅，布線時(shí)不能交叉，線圈內(nèi)引線不能導(dǎo)出)，適用于一側(cè)有焊盤的FPC端子；

雙面板:適用于各種FPC線圈和FPC端子；

華麗空板:適用于雙面帶焊盤的FPC端子，不能像單板一樣作為FPC線圈使用。

單板和裝飾空板結(jié)構(gòu)的不同用途也不同。單層板由銅箔基板(銅箔+PI)+PI保護(hù)膜組成，焊盤只出現(xiàn)在有PI保護(hù)膜的一側(cè)，另一側(cè)不能開窗形成焊盤；路由器空板由PI保護(hù)膜+銅箔+PI保護(hù)膜組成，但焊盤可以出現(xiàn)在兩側(cè)(由PI膜開窗控制)，更適用。

(2)工藝流程(雙面板)

切割:將整卷雙面板原材料(銅箔基材)切割成設(shè)計(jì)的面板尺寸；

鉆孔:在基板表面鉆所需的通孔，為連接電路兩側(cè)導(dǎo)電鋪平道路(雙層板上上下兩層銅之間有PI，鉆孔鍍銅前不導(dǎo)電)，或用于后期的識(shí)別定位；

鍍銅:在基底的通孔壁上吸附一層離子鈀，通過催化氧化還原反應(yīng)在離子鈀基底上沉積一層金屬銅層(沉積在上、下銅箔通孔處的金屬銅層會(huì)使兩個(gè)銅箔導(dǎo)電)；

清洗:去除銅表面的氧化物，增加銅表面的粗糙度，以增強(qiáng)后續(xù)產(chǎn)品的附著力(附干膜/絲印油墨)；

貼干膜:干膜是一種高分子化合物，經(jīng)紫外線照射后能產(chǎn)生聚合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的物質(zhì)附著在板面上，從而達(dá)到阻擋蝕刻的作用。在鍍銅板表面粘貼一層干膜，作為圖形轉(zhuǎn)印用膜；

準(zhǔn)曝光:將膠片(銀鹽攝影膠片)對(duì)準(zhǔn)在干膜板上，用紫外光(紫外線)照射。膠片上成像的地方會(huì)阻止UV光通過，防止曝光，防止干膜聚合，防止此處板后蝕刻；UV在膜上非成像處滲透照射干膜，聚合附著在板面，阻擋后續(xù)蝕刻，形成留銅區(qū)(即線)；

圖6對(duì)位曝光示意圖

顯影:用Na2CO3或K2CO3沖洗電路圖案未曝光區(qū)域的干膜，溶解干膜，不發(fā)生聚合反應(yīng)，曝光銅材料，在曝光區(qū)域留下干膜圖案；

蝕刻:顯影后暴露在銅表面的區(qū)域被蝕刻液(氯化銅)蝕刻掉，留下被干膜覆蓋的圖形部分；

Cu+CuCl2=2CuCl

氯化亞銅+鹽酸+過氧化氫→氯化亞銅+H2O

剝膜、脫脂、微刻蝕和鈍化:用剝離液(NaOH)剝離被刻蝕電路圖形上的干膜，然后脫脂去除板表面的氧化物，通過微刻蝕增強(qiáng)銅表面的附著力，在電路表面鈍化一層銅表面保護(hù)層，避免表面在鍍膜前容易氧化；

鍍膜:在銅箔電路上涂一層保護(hù)膜，避免電路氧化或短路，同時(shí)起到絕緣和產(chǎn)品彎曲的作用；

覆膜:覆膜后的產(chǎn)品經(jīng)高溫高壓壓機(jī)壓制，平整度強(qiáng)；因此，覆蓋膜的粘合劑熔化、流動(dòng)并充分填充到電路的間隙中，使電路銅箔和覆蓋膜緊密結(jié)合，起到保護(hù)作用。

3.超薄多股并聯(lián)繞組線圈

圖7超薄多股平行纏繞線圈和銅線分布圖

超薄多股線圈不同于多股線圈。多股絞線線圈是將一股漆包線絞成一股，然后卷繞而成的粗線圈。超薄多股并聯(lián)繞組線圈是多根銅線并排纏繞而成，所有銅線并排在同一平面內(nèi)，可以減少趨膚效應(yīng)，使線圈非常細(xì)(銅芯直徑為0.11 mm的銅線可以纏繞成厚度為0.15 mm的線圈)，適合在接收端使用。

與FPC線圈相比，超薄多股并聯(lián)繞組線圈成本低得多，性能基本相當(dāng)。當(dāng)內(nèi)部引線被引出時(shí)，總厚度將增加。整體厚度可以通過線圈+FPC端子+開槽磁板(開槽形狀與FPC端子形狀一致，間距0.15 mm)來減小。

03

無線充電磁性板

1.納米晶磁性板

制備非晶帶材:通過快速凝固工藝將熔融金屬漿料制備成非晶帶材；

熱處理:對(duì)非晶帶材進(jìn)行熱處理，非晶帶材析出細(xì)小晶粒成為納米晶帶材；

覆膜:用雙面膠帶將納米晶帶疊放在一起，在疊放好的磁性板的上下表面貼上一層膠帶，既滿足粘接要求，又能防止磁性板掉粉(熱處理后的膠帶易碎，容易掉粉)；

劈裂:納米晶磁性板的初始磁導(dǎo)率可以達(dá)到幾萬，不能滿足使用。分裂后磁導(dǎo)率大幅下降，普通磁導(dǎo)率為650，與線圈配合使用符合電氣要求；

模切:將軋制的納米晶磁性板模切成所需形狀。

2.鐵氧體磁性板

圖8鐵氧體磁性板的制備過程

圖來自順洛

配料:按原料比例配料，混合均勻；

流延:將制備好的漿料涂布在基帶上；

排列:成型后切片，在同一坩堝中排列多片(燒結(jié)效率低，單片成本高)；

燒結(jié):高溫?zé)Y(jié)得到鐵氧體磁片；

碎裂:將堆疊在一起的磁片分開；

粘貼:單片涂膠+鍍膜，類似納米晶磁性板；

劈裂:原理和納米晶磁性板一樣，鐵氧體磁性板的初始磁導(dǎo)率比較低(幾千)；

模切:模切成所需形狀，以滿足生產(chǎn)要求。

04

無線充電環(huán)產(chǎn)品

圖9圓形無線充電線圈

圖來自順洛

圖10方形無線充電線圈

圖來自順洛

圖11 FPC線圈(左)和多股平行纏繞超薄線圈(中間由FPC端子引出)

圖來自順洛

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