15w無(wú)線充模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)?

電磁兼容性設(shè)計(jì)?

無(wú)線充模塊在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，易對(duì)周邊電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾（EMI），同時(shí)自身也可能受到外界電磁干擾，影響充電性能。在設(shè)計(jì)時(shí)，需采用電磁屏蔽措施，如在模塊 PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）外層覆蓋金屬屏蔽層，并通過(guò)接地引腳將屏蔽層可靠接地，阻擋內(nèi)部電磁場(chǎng)向外輻射，同時(shí)抵御外部電磁干擾入侵。在電路布局上，將功率電路與控制電路進(jìn)行物理隔離，減少不同功能電路間的電磁耦合。關(guān)鍵信號(hào)線，如驅(qū)動(dòng)信號(hào)、通信信號(hào)等，采用差分走線方式，利用差分信號(hào)的共模抑制特性，降低電磁干擾對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。此外，通過(guò)優(yōu)化線圈設(shè)計(jì)，如采用多股絞合線繞制線圈、合理調(diào)整線圈匝數(shù)與線徑，降低線圈的電阻與電感損耗，減少電磁輻射源強(qiáng)度，提升模塊的電磁兼容性。?

充電效率優(yōu)化設(shè)計(jì)?

充電效率是無(wú)線充模塊的核心性能指標(biāo)之一。為實(shí)現(xiàn) 15W 高效充電，需從電路拓?fù)渑c元件選型兩方面入手。在電路拓?fù)渖希２捎萌珮蚰孀冸娐纷鳛榘l(fā)射端功率轉(zhuǎn)換電路，將直流電源轉(zhuǎn)換為高頻交流電源，驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。全橋電路相較于半橋電路，具有更高的功率輸出能力與轉(zhuǎn)換效率。在元件選型方面，選用低導(dǎo)通電阻的功率 MOSFET（Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effect Transistor，金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）作為逆變電路的開(kāi)關(guān)器件，降低開(kāi)關(guān)損耗；采用高品質(zhì)的諧振電容，其具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）與高穩(wěn)定性，與發(fā)射線圈組成諧振電路，提高能量傳輸效率。同時(shí)，通過(guò)精確的頻率跟蹤與相位控制技術(shù)，使發(fā)射端與接收端的諧振頻率保持一致，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，提升整體充電效率。?

異物檢測(cè)與保護(hù)功能設(shè)計(jì)?

為確保無(wú)線充電過(guò)程的安全性，15W 無(wú)線充模塊需具備可靠的異物檢測(cè)與多種保護(hù)功能。異物檢測(cè)通常采用磁共振頻率偏移檢測(cè)法或能量損耗檢測(cè)法。頻率偏移檢測(cè)法利用異物（如金屬物體）靠近發(fā)射線圈時(shí)，會(huì)改變諧振電路的電感量，進(jìn)而導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生偏移的原理，通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振頻率變化來(lái)判斷是否存在異物。能量損耗檢測(cè)法則是通過(guò)檢測(cè)發(fā)射端在充電過(guò)程中的功率損耗，當(dāng)有異物存在時(shí)，能量會(huì)被異物吸收，導(dǎo)致發(fā)射端功率損耗增加，以此識(shí)別異物。在保護(hù)功能方面，集成過(guò)壓保護(hù)（OVP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、過(guò)熱保護(hù)（OTP）等電路。過(guò)壓保護(hù)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電源電壓，當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，迅速切斷電源輸入，防止高壓損壞模塊元件；過(guò)流保護(hù)電路監(jiān)測(cè)充電電流，若電流過(guò)大，自動(dòng)調(diào)整功率輸出或切斷電路，避免元件因過(guò)流燒毀；過(guò)熱保護(hù)則通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊關(guān)鍵部位（如功率芯片、線圈）的溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，降低充電功率或停止充電，待溫度恢復(fù)正常后再恢復(fù)充電，確保模塊在安全溫度范圍內(nèi)工作。?

兼容性與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)?

為滿足不同品牌、型號(hào)設(shè)備的無(wú)線充電需求，15W 無(wú)線充模塊需具備良好的兼容性，并遵循相關(guān)無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)。目前，主流的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)為無(wú)線充電聯(lián)盟（WPC）制定的 Qi 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了無(wú)線充電的技術(shù)規(guī)范、接口協(xié)議、測(cè)試方法等，確保不同廠家生產(chǎn)的無(wú)線充電設(shè)備之間的互操作性。15W 無(wú)線充模塊在設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格按照 Qi 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與參數(shù)配置，支持 Qi 標(biāo)準(zhǔn)中的多種充電模式，如 BPP（Basic Power Profile，基礎(chǔ)功率模式，一般為 5W）、EPP（Extended Power Profile，擴(kuò)展功率模式，可實(shí)現(xiàn) 10W 及以上功率充電），能夠與符合 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的各類(lèi)接收設(shè)備進(jìn)行通信與匹配，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定充電。同時(shí)，對(duì)于部分支持私有快充協(xié)議的設(shè)備，如蘋(píng)果的 MagSafe 技術(shù)，一些 15W 無(wú)線充模塊通過(guò)集成相應(yīng)的協(xié)議芯片或軟件算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定設(shè)備的快充支持，進(jìn)一步拓展兼容性。?

緊湊化與集成化設(shè)計(jì)?

在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線充模塊常需集成于各種小型化設(shè)備中，因此緊湊化與集成化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過(guò)采用先進(jìn)的 PCB 設(shè)計(jì)技術(shù)，如高密度互連（HDI）工藝，增加電路板的布線層數(shù)，減小元件間的布線間距，實(shí)現(xiàn)電路的緊湊布局。選用小型化、表面貼裝（SMT）封裝的電子元件，如貼片式電感、電容、芯片等，降低元件體積，提高模塊的集成度。部分模塊還將多個(gè)功能電路集成于一顆芯片中，如將無(wú)線充電控制芯片、功率驅(qū)動(dòng)芯片、協(xié)議處理芯片等集成在一起，形成系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC），進(jìn)一步減少元件數(shù)量與電路板面積，使 15W 無(wú)線充模塊能夠更好地適配空間有限的應(yīng)用場(chǎng)景，如便攜式充電寶、小型桌面無(wú)線充電底座等。?

15w無(wú)線充模塊組成元件?

無(wú)線充電主控芯片?

無(wú)線充電主控芯片是 15W 無(wú)線充模塊的核心元件，負(fù)責(zé)整個(gè)充電過(guò)程的控制與管理。其內(nèi)部集成了微控制器（MCU）內(nèi)核、功率驅(qū)動(dòng)電路、通信接口電路、保護(hù)電路等功能模塊。MCU 內(nèi)核運(yùn)行預(yù)設(shè)的控制算法，根據(jù)輸入電源狀態(tài)、接收設(shè)備反饋信號(hào)等，實(shí)時(shí)調(diào)整功率輸出、頻率控制、異物檢測(cè)等操作。功率驅(qū)動(dòng)電路根據(jù) MCU 指令，生成合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制功率 MOSFET 的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的功率轉(zhuǎn)換。通信接口電路用于與接收設(shè)備進(jìn)行通信，遵循 Qi 標(biāo)準(zhǔn)中的通信協(xié)議，如 ASK（Amplitude Shift Keying，幅移鍵控）、FSK（Frequency Shift Keying，頻移鍵控）等，實(shí)現(xiàn)充電參數(shù)協(xié)商、設(shè)備識(shí)別等功能。保護(hù)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的電壓、電流、溫度等參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，迅速觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，確保模塊安全。

功率 MOSFET?

功率 MOSFET 作為無(wú)線充模塊功率轉(zhuǎn)換電路的開(kāi)關(guān)元件，其性能直接影響充電效率與模塊可靠性。在 15W 無(wú)線充模塊中，通常選用 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET，因其具有導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)速度快、輸入阻抗高的特點(diǎn)。低導(dǎo)通電阻可降低功率轉(zhuǎn)換過(guò)程中的導(dǎo)通損耗，提高充電效率；快速的開(kāi)關(guān)速度能減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損耗，降低發(fā)熱；高輸入阻抗便于與主控芯片的驅(qū)動(dòng)電路連接。功率 MOSFET 的參數(shù)選擇需根據(jù)模塊的功率需求、工作電壓范圍進(jìn)行，如對(duì)于 15W 無(wú)線充模塊，一般選擇耐壓值在 60V - 100V，導(dǎo)通電阻在數(shù)毫歐至數(shù)十毫歐的 MOSFET。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用多個(gè) MOSFET 組成全橋或半橋電路，以實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。?

諧振電容?

諧振電容與發(fā)射線圈共同組成諧振電路，在無(wú)線充電過(guò)程中起到能量存儲(chǔ)與傳輸?shù)年P(guān)鍵作用。諧振電容需具備低等效串聯(lián)電阻（ESR）、高穩(wěn)定性、耐高溫等特性。低 ESR 可減少能量在電容上的損耗，提高諧振電路的品質(zhì)因數(shù)（Q 值），進(jìn)而提升充電效率；高穩(wěn)定性確保電容在不同溫度、電壓環(huán)境下，其電容值保持穩(wěn)定，維持諧振電路的諧振頻率穩(wěn)定；耐高溫特性使電容能適應(yīng)無(wú)線充模塊工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。常見(jiàn)的諧振電容類(lèi)型有陶瓷電容、薄膜電容等，在 15W 無(wú)線充模塊中，多采用陶瓷電容，因其具有優(yōu)良的高頻特性與溫度穩(wěn)定性。電容值的選擇根據(jù)發(fā)射線圈的電感量以及目標(biāo)諧振頻率確定，一般通過(guò)精確的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)調(diào)試，使諧振電路的諧振頻率處于無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，如 Qi 標(biāo)準(zhǔn)中的 110kHz - 205kHz。?

充電線圈?

充電線圈是實(shí)現(xiàn)無(wú)線能量傳輸?shù)暮诵牟考?，分為發(fā)射線圈與接收線圈（在模塊中主要指發(fā)射線圈）。發(fā)射線圈通過(guò)通入高頻交流電流，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，將電能轉(zhuǎn)換為磁能；接收線圈則在交變磁場(chǎng)中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，將磁能轉(zhuǎn)換為電能為設(shè)備充電。15W 無(wú)線充模塊的發(fā)射線圈通常采用多股絞合線繞制，多股絞合線可降低高頻電流的趨膚效應(yīng)，減少電阻損耗，提高線圈的導(dǎo)電性能。線圈的匝數(shù)、線徑、繞制方式以及磁芯材料等參數(shù)對(duì)其性能有重要影響。匝數(shù)與線徑的選擇需綜合考慮功率傳輸需求與線圈的直流電阻，以平衡電感量與電阻損耗；合理的繞制方式可優(yōu)化磁場(chǎng)分布，提高能量傳輸效率；選用高磁導(dǎo)率的磁芯材料，如鐵氧體磁芯，可增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，集中磁場(chǎng)方向，減少磁泄漏，提升無(wú)線充電的傳輸距離與效率。同時(shí)，為提高模塊的空間利用率與緊湊性，發(fā)射線圈常采用扁平式、圓形等設(shè)計(jì)，適配不同的應(yīng)用場(chǎng)景與產(chǎn)品外形。?

電源管理芯片?

電源管理芯片負(fù)責(zé)對(duì)輸入電源進(jìn)行處理，為無(wú)線充模塊的各功能電路提供穩(wěn)定、適配的電源。其主要功能包括電壓轉(zhuǎn)換、電流限制、電源監(jiān)測(cè)與保護(hù)等。在 15W 無(wú)線充模塊中，若輸入電源為常見(jiàn)的 5V、9V、12V 等直流電源，電源管理芯片通過(guò) DC - DC（直流 - 直流）轉(zhuǎn)換電路，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合主控芯片、功率 MOSFET 等元件工作的電壓，如將 5V 升壓至 12V 為功率電路供電，或?qū)?12V 降壓至 3.3V 為主控芯片供電。同時(shí)，電源管理芯片具備過(guò)壓、過(guò)流、欠壓保護(hù)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電源的電壓與電流，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，自動(dòng)切斷電源或調(diào)整輸出電壓、電流，保護(hù)模塊元件免受損壞。此外，部分電源管理芯片還集成了充電管理功能，如對(duì)內(nèi)置電池（若模塊為充電寶等含電池設(shè)備）進(jìn)行充電控制，實(shí)現(xiàn)恒流 - 恒壓充電過(guò)程，確保電池安全、高效充電。

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溫度傳感器?

溫度傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 15W 無(wú)線充模塊的溫度，是實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)功能的關(guān)鍵元件。在無(wú)線充電過(guò)程中，功率芯片、線圈等部件會(huì)因電流流過(guò)產(chǎn)生熱量，若溫度過(guò)高，將影響元件性能，甚至導(dǎo)致元件損壞。溫度傳感器通常采用熱敏電阻或熱電偶等類(lèi)型，熱敏電阻具有靈敏度高、成本低的優(yōu)勢(shì)，在無(wú)線充模塊中應(yīng)用較為廣泛。熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，通過(guò)將其接入電路，可將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化，傳輸至主控芯片。主控芯片根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度閾值，當(dāng)檢測(cè)到溫度超過(guò)閾值時(shí)，觸發(fā)過(guò)熱保護(hù)機(jī)制，如降低充電功率、停止充電或啟動(dòng)散熱風(fēng)扇（若模塊配備散熱風(fēng)扇）等，待溫度降低至安全范圍后，再恢復(fù)正常充電，確保模塊在安全溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。?

通信芯片

對(duì)于支持特定無(wú)線充電協(xié)議或與外部設(shè)備進(jìn)行通信的 15W 無(wú)線充模塊，可能會(huì)集成通信芯片。例如，在一些支持 Qi2.0 標(biāo)準(zhǔn)且需與蘋(píng)果設(shè)備進(jìn)行快充通信的模塊中，會(huì)采用兼容蘋(píng)果 MagSafe 協(xié)議的通信芯片。通信芯片負(fù)責(zé)解析與處理無(wú)線充電過(guò)程中的通信協(xié)議，如通過(guò) SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）、I²C（Inter - Integrated Circuit，集成電路總線）等通信接口與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)與接收設(shè)備的充電參數(shù)協(xié)商、設(shè)備識(shí)別、充電狀態(tài)反饋等功能。通過(guò)通信芯片的協(xié)同工作，使無(wú)線充模塊能夠準(zhǔn)確識(shí)別不同設(shè)備的充電需求，提供適配的充電功率與充電模式，提升充電的兼容性與智能化程度。?

15w無(wú)線充模塊工作原理?

當(dāng) 15W 無(wú)線充模塊接通外部電源后，電源管理芯片首先對(duì)輸入電源進(jìn)行處理。若輸入電源為直流電源，電源管理芯片通過(guò) DC - DC 轉(zhuǎn)換電路，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，為無(wú)線充電主控芯片、功率 MOSFET 等電路模塊供電，完成模塊的初始化過(guò)程。此時(shí)，無(wú)線充電主控芯片進(jìn)入待機(jī)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，等待接收設(shè)備靠近。?

當(dāng)具有無(wú)線充電功能的設(shè)備（接收端）靠近 15W 無(wú)線充模塊（發(fā)射端）時(shí)，發(fā)射線圈開(kāi)始通入由主控芯片控制的功率 MOSFET 產(chǎn)生的高頻交流電流。高頻交流電流在發(fā)射線圈周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)穿過(guò)接收設(shè)備的接收線圈。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，接收線圈在交變磁場(chǎng)中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，從而在接收線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。接收設(shè)備通過(guò)內(nèi)部的整流、穩(wěn)壓等電路，將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電流，為設(shè)備電池充電。?

在無(wú)線充電過(guò)程中，發(fā)射端與接收端需進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)充電參數(shù)協(xié)商與充電狀態(tài)反饋。15W 無(wú)線充模塊的無(wú)線充電主控芯片通過(guò)通信接口電路，按照 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議（如 ASK、FSK），與接收設(shè)備進(jìn)行通信。接收設(shè)備將自身的充電需求（如所需充電功率、支持的充電協(xié)議等）發(fā)送給發(fā)射端，發(fā)射端主控芯片根據(jù)接收到的信息，調(diào)整功率輸出、頻率控制等參數(shù)，確保為接收設(shè)備提供合適的充電功率。同時(shí)，發(fā)射端也會(huì)向接收設(shè)備反饋充電狀態(tài)（如充電中、充滿、故障等），實(shí)現(xiàn)雙向信息交互。?

為確保充電過(guò)程的安全與高效，15W 無(wú)線充模塊持續(xù)進(jìn)行異物檢測(cè)與保護(hù)功能監(jiān)測(cè)。在異物檢測(cè)方面，主控芯片通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振電路的頻率偏移或能量損耗情況，判斷是否有異物靠近發(fā)射線圈。若檢測(cè)到異物，主控芯片會(huì)立即調(diào)整充電策略，如降低功率輸出或停止充電，防止異物吸收過(guò)多能量導(dǎo)致發(fā)熱、損壞設(shè)備或引發(fā)安全隱患。在保護(hù)功能方面，電源管理芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電源的電壓與電流，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、欠壓等異常情況時(shí)，迅速切斷電源輸入或調(diào)整輸出電壓、電流，保護(hù)模塊元件。同時(shí)，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，主控芯片觸發(fā)過(guò)熱保護(hù)機(jī)制，采取降低功率、停止充電等措施，待溫度恢復(fù)正常后再恢復(fù)充電。?

在整個(gè)工作過(guò)程中，一些具備特定功能的 15W 無(wú)線充模塊，如支持多設(shè)備同時(shí)充電的模塊，主控芯片還需對(duì)多個(gè)接收設(shè)備進(jìn)行識(shí)別與管理。通過(guò)通信協(xié)議與各接收設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)通信，分別為每個(gè)設(shè)備分配合適的充電功率，確保多個(gè)設(shè)備能夠同時(shí)穩(wěn)定充電。對(duì)于一些集成了無(wú)線通信功能（如藍(lán)牙、Wi - Fi）的模塊，還可將充電狀態(tài)、設(shè)備信息等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信方式傳輸至手機(jī) APP 或其他智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，為用戶提供更加便捷、智能化的充電體驗(yàn)。在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，專(zhuān)業(yè)的 PCBA 廠商，如余姚市銘迪電器科技有限公司，通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系確保 15W 無(wú)線充模塊的性能穩(wěn)定可靠。從電路板設(shè)計(jì)階段的原理圖繪制、PCB 布局優(yōu)化，到元器件采購(gòu)、SMT（表面貼裝技術(shù)）貼片焊接、DIP（雙列直插式封裝）插件、功能測(cè)試與老化測(cè)試，每一個(gè)環(huán)節(jié)都經(jīng)過(guò)精心把控。通過(guò)模擬實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行高低溫測(cè)試、濕度測(cè)試、電磁兼容測(cè)試等，驗(yàn)證 15W 無(wú)線充模塊在各種復(fù)雜工況下的穩(wěn)定性與可靠性，為市場(chǎng)提供高品質(zhì)、高性能的無(wú)線充電產(chǎn)品，推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。?