无线充电磁损EMI及发热解决方式

无线充电磁损及发热解决方式
WPC标准的建立
2008年无线电源的行业标准组织——无线充电联盟(WPC)成立了。由亚洲、欧洲和美国的各行业公司组成，其中包括电子设备制造厂商和原始设备制造商(OEM)。WPC标准定义了电感耦合(线圈结构)的类型，以及低功耗无线设备所用的通信协议。在这种标准下工作的任何设备都可以与任何其他WPC兼容设备配对。获得WPC联盟的认证的产品，将被标识“Qi”字样的LOGO，具有“Qi”的终端，可以在所有标有该LOGO的充电板上充电。并且，获得Qi标识后，不用向WPC联盟付费。这种方法的一个重要的好处是其利用这些线圈来实现电力发送器和电力接收器之间的通信。WPC标准定义了系统的三个主要方面——提供电力的电力发送器、使用电力的电力接收器以及这两种设备之间的通信协议。在WPC标准下，无线传输的“功耗”设定为5W以下，达到这一标准范围的系统在两个平面线圈之间使用电感耦合来将电力从电力发送器传输给电力接收器。两个线圈之间的距离一般为5mm。
无线供电技术现状
从目前来看，电力无线传输技术主要三种方法：
1，利用两个电感间的互感传递交变电流；
2，电波接受型：利用电容的两个电极间的电容量传递交变电流。
3，磁场共鸣型：利用磁场等共鸣效应近程无线供电。
以上几种技术的发展方向始终集中在对电力发送装置和接受装置的改进上。电波接受型技术的方向主要在于如何提高电流的Q值以及保持传输效率，这对于低功率的消费电子产品来说意义不大，相对来说磁共振和电磁感应技术更有商用推广的价值。
目前多采用第一种方式来实现无线充电，但实现过程也遇到技术问题：由于手机的特殊的结构，在手机里必须安装一个电池，这个电池实际上就是无线充电技术发展的噩梦——当发射线圈发射出来的磁场经过电池时，电池里面的金属就会产生感应电流，通常我们把这个叫做“涡流”，这个涡流会产生一个跟发射线圈产生的磁场方向相反的磁场，抵消掉发射线圈形成的磁场，使得接收线圈接收到的感应电压下降；并且该涡流会转变成热量（电磁炉就是这个工作原理），使得手机电池非常热。因此，为了实现手机的无线充电，就必须在电力接受线圈和手机电池之间放置一个“隔金属”的装置，阻挡磁力线，避免磁力线到达电池内。通常的技术是使用一个高导磁率的铁氧体来做这个“隔金属”装置。遗憾的是，铁氧体的性能依然不能够满足无线电力传输的需要，在100KHz这个频率上，通常使用的都是锰锌铁氧体，因为锰锌铁氧体具有较高的初始导磁率。但是因为锰锌铁氧体的电阻率较小，所以依然会在铁氧体中产生涡流，造成铁氧体发热。在开关电源的变压器设计中，该部分因为涡流转化为热量的部分能量，我们称作“铁损”，或者“磁损”。触摸开关电源中正在工作的变压器，都会发现比较热，甚至有些可能是很热。
目前，国外在解决磁损的问题通常采用的材料有三种：
1、烧结铁氧体（SF）薄片，
SF薄片的成分和在某个频率范围内的磁导率及损耗特性有所变化。典型的SF材料包括镍锌铁尖晶石和锰锌铁尖晶石。SF类型的选择依据应用频率、电源设计效率、磁导率、损耗、最小厚度、成本和易用性等。这些产品一般又硬又脆，需要保护膜用于保护、裸片切割和方便处理。

2、复合磁性填充物（CMF）薄片（人造橡胶+磁性填充物）
CMF薄片由填充了磁性填充物的人造橡胶组成。CMF型薄片具有很好的挠性和适中的价格。这些薄片一般具有比性能更好的SF薄片更低的磁导率，对某些EMIC-WP系统来说是很有用的选择。
3、磁性箔片（MF）
MF具有最高的磁导潜力，因而能够提高EMIC-WP性能。这些产品可以实现很薄的解决方案，并且能够堆叠成多层解决方案，进而实现最优的EMIC-WP解决方案。

4、SF、MF、CMF材料的振幅磁导率和电阻率比较：

利用SF、MF、CMF材料可以帮助设计人员实现EMIC-WP（EMIC无线能量）系统的最优化：
美学设计：高性能SF、MF、CMF材料（在工作频率点具有最高磁导率、最低损耗）可减少设计厚度，实现纤薄的外形设计。
更轻的重量：高性能SF、MF、CMF材料可以提高线圈效率，有利于使用更小的线圈，而限制最终设计的重量和尺寸。
可靠性：高性能SF、MF、CMF材料有助于增强EMIC-WP系统的设计鲁棒性和可靠性，因为它能限制杂散EMI场和相关的负面影响，例如：其它系统元器件的感应加热。
高效的能量传输：高性能SF、MF、CMF材料可以用来集中EMIC-WP初级线圈的通量场，实现与接收线圈更有效的耦合，从而提高能量传输效率。高性能SF、MF、CMF材料设计还有助于改善充电时间。总之，采用高性能SF、MF、CMF材料精心设计的EMIC-WP系统可以达到70%以上的能量传输效率，并且具有与普通移动设备的有线插座充电器近乎相同的设备电池充电时间周期。
高性能SF、MF、CMF材料在许多其他移动设备应用中也很有用，例如：近场通信（NFC）或射频标签（RFID）应用。与EMIC-WP能量通量场不同，NFC/RFID应用具有初级（发送）和接收线圈（或天线），用于发送数据通量场。高性能SF、MF、CMF材料可以用来提高线圈效率，改善距离和误码率方面的通信性能。
高性能SF、MF、CMF材料还可以用于许多电子设备中因电流流动产生的低频磁噪声的EMI屏蔽应用。高性能SF、MF、CMF材料能够与流动电流产生的辐射磁通量场发生交互，并改变其方向，从而保护其它器件、系统线路或相邻元器件免受流动电流磁通量场的影响。
深圳市德众兴科技有限公司专业提供高性能SF、MF材料。主有：烧结铁氧体（SF）薄片，复合磁性填充物（CMF）薄片、电磁波吸收材料等。应用于NFC手机、无线充电器、MDI、机顶盒、手持机、RFID电子标签等。采用我们的屏蔽物质，可以轻易地做出来厚度小于0.5毫米的接收组件，并且几乎不发热。未来，由于可以实现很低成本的无线充电，所以手机等设备的无线充电可能会取得很大的发展；而当在欧盟等提出禁止干电池使用后，无线充电技术可以极为广泛的大规模使用。
索尼发布的卡片相机TX300V/TX200V，夏普发布的SH-13C手机，均采用无线充电功能，其中SH-13C透过无线充电，将手机搭配的1230mAh电池充满约需2至2.5个小时。美国高通(Qualcomm)则开发出一款采用磁共振方式进行无线供电的“eZone”，可以为搭配充电台座的“iPhone”充电。据测试，如果为1000mAh容量的电池充电，2小时内便可充满。