طرح سیم پیچ و بهینه سازی برای مونتاژ PCB شارژ بی سیم

طرح سیم پیچ و بهینه سازی برای مونتاژ PCB شارژ بی سیم

سیستم های شارژ بی سیم برای دستیابی به انتقال قدرت کارآمد بین فرستنده و گیرنده PCB به طرح های سیم پیچ دقیقاً مهندسی شده متکی هستند. طراحی و قرارگیری این کویل ها به طور مستقیم بر اتصال انرژی ، مدیریت حرارتی و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) تأثیر می گذارد. در زیر ملاحظات کلیدی و استراتژی های بهینه سازی برای افزایش عملکرد در مجامع PCB شارژ بی سیم ارائه شده است.

1. هندسه سیم پیچ و الگوهای سیم پیچ
شکل و پیکربندی سیم پیچ سیم پیچ توزیع میدان مغناطیسی و القاء آن را تعیین می کند. سیم پیچ های دایره ای معمولاً برای شارژ همه جانبه استفاده می شود ، در حالی که کویل های مارپیچ مستطیل یا مسطح ، فشرده سازی و سازگاری را با طرح های دستگاه مسطح ارائه می دهند. تعداد چرخش ها ، سنج سیم و فاصله بین سیم پیچ ها بر مقادیر القایی تأثیر می گذارد ، که باید با نیازهای فرکانس رزونانس (به طور معمول در محدوده KHz تا MHz برای سیستم های سازگار با QI) تراز شود.

بهینه سازی الگوهای سیم پیچ شامل تعادل القاء و مقاومت است. سیم پیچ های با فاصله محکم باعث افزایش القایی می شوند اما ممکن است خازن انگلی را افزایش داده و منجر به تغییر فرکانس رزونانس شود. در مقابل ، فاصله گسترده تر اثرات انگلی را کاهش می دهد اما ممکن است میدان مغناطیسی را تضعیف کند. طرح های پیشرفته شامل PCB های چند لایه با سیم پیچ های تعبیه شده برای به حداقل رساندن تلفات انگلی و بهبود اتلاف حرارتی از طریق هواپیماهای مس یکپارچه است.

2. فاصله و تراز بین سیم پیچ های فرستنده و گیرنده
انتقال قدرت کارآمد به حفظ فاصله بهینه و تراز بین سیم پیچ فرستنده و گیرنده بستگی دارد. سوء استفاده ، حتی با چند میلی متر ، می تواند راندمان اتصال را کاهش داده و باعث افزایش تولید گرما شود. برای کاهش این موضوع ، طراحان از مواد محافظ فریت در زیر کویل ها برای تمرکز شار مغناطیسی و کاهش میدان های ولگرد استفاده می کنند. صفحات فریت همچنین با جلوگیری از تلفات جریان گرداب در اجزای رسانا در این نزدیکی ، القاء متقابل را افزایش می دهد.

فاصله عمودی بین سیم پیچ یکی دیگر از عوامل مهم است. در حالی که نزدیکی نزدیک تر باعث بهبود اتصال می شود ، خطر تماس فیزیکی یا ایجاد حرارتی را افزایش می دهد. شکاف های هوا باید تحمل مؤلفه ها و عوامل محیطی مانند گرد و غبار یا آوار را به خود اختصاص دهد. برخی از طرح ها شامل مکانیسم های تراز خودکار یا موقعیت های سیم پیچ قابل تنظیم برای جبران سوء استفاده به صورت پویا ، و اطمینان از عملکرد مداوم در سناریوهای مختلف استفاده هستند.

3. استراتژی های تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
سیم پیچ های شارژ بی سیم زمینه های مغناطیسی متناوب تولید می کنند که می توانند EMI را در مدارهای الکترونیکی مجاور القا کنند ، ارتباطات یا عملکرد سنسور را مختل کنند. برای سرکوب EMI ، طراحان لایه های محافظ را در پشته PCB ، مانند فویل های مس زمینی یا پلیمرهای رسانا ادغام می کنند. این لایه ها تابش الکترومغناطیسی را به دور از اجزای حساس جذب یا هدایت می کنند.

مدارهای فیلتر نیز برای کاهش نویز با فرکانس بالا ضروری هستند. فیلترهای کم گذر ، که بین درایور سیم پیچ و منبع تغذیه قرار می گیرند ، هارمونیک های ایجاد شده توسط تنظیم کننده ها را کاهش می دهند. علاوه بر این ، خازن های جدا شده در نزدیکی پایانه های سیم پیچ نوسانات ولتاژ صاف و به حداقل رساندن انتشار تابشی. رعایت استانداردهای بین المللی EMI (به عنوان مثال ، FCC قسمت 15 یا IEC 60601) این سیستم را بدون دخالت در سایر دستگاه ها تضمین می کند.

4. مدیریت حرارتی از طریق طراحی سیم پیچ
شارژ بی سیم با قدرت بالا گرمای قابل توجهی در کویل ها و مناطق PCB اطراف آن ایجاد می کند. مدیریت حرارتی ضعیف می تواند عملکرد ، کاهش کارایی یا اجزای آسیب را کاهش دهد. برای پرداختن به این موضوع ، طراحان با توزیع سیم پیچ به طور مساوی برای جلوگیری از نقاط مهم ، طرح های سیم پیچ را بهینه می کنند. آثار مس ضخیم یا سینک های گرمای تعبیه شده باعث افزایش هدایت حرارتی می شوند ، در حالی که VIAS لایه های سیم پیچ را برای افزایش اتلاف گرما به هواپیماهای زمینی داخلی متصل می کند.

ابزارهای شبیه سازی حرارتی به پیش بینی توزیع دما در سراسر PCB کمک می کنند ، و این امکان را برای تنظیم هندسه سیم پیچ یا انتخاب مواد قبل از نمونه سازی فراهم می کند. به عنوان مثال ، استفاده از بسترهای مقاوم در برابر درجه حرارت بالا یا چسب های رسانا از نظر حرارتی می تواند قابلیت اطمینان را در محیط های خواستار بهبود بخشد. برخی از طرح های پیشرفته شامل مواد تغییر فاز یا سیستم های خنک کننده فعال برای حفظ دمای عملیاتی پایدار در جلسات شارژ طولانی مدت هستند.

5. تنظیم فرکانس و بهینه سازی رزونانس
دستیابی به رزونانس بین فرستنده و کویل های گیرنده برای به حداکثر رساندن راندمان انتقال نیرو بسیار مهم است. رزونانس هنگامی اتفاق می افتد که واکنش القایی کویل ها با واکنش خازنی شبکه تنظیم مطابقت داشته باشد ، به طور معمول شامل سری یا خازن های موازی است. محاسبه دقیق مقادیر مؤلفه تضمین می کند که سیستم در فرکانس مورد نظر خود عمل می کند (به عنوان مثال ، 100-205 کیلوهرتز برای Qi 1.3).

رانش فرکانس به دلیل تغییرات دما یا پیری مؤلفه می تواند رزونانس را مختل کند و باعث کاهش کارایی شود. مدارهای تنظیم تطبیقی ​​فرکانس کار را کنترل می کنند و ظرفیت را به صورت پویا تنظیم می کنند تا اتصال بهینه را حفظ کنند. این رویکرد تغییرات در القاء سیم پیچ یا شرایط بار را جبران می کند و از عملکرد مداوم در دستگاه های مختلف و عوامل محیطی اطمینان می دهد.

نتیجه گیری
طرح سیم پیچ و بهینه سازی در مجامع PCB شارژ بی سیم نیاز به یک رویکرد جامع به هندسه ، فاصله ، سرکوب EMI ، مدیریت حرارتی و تنظیم فرکانس دارد. با پرداختن به این عوامل از طریق طراحی و شبیه سازی تکراری ، مهندسان می توانند سیستمهایی را ایجاد کنند که راندمان بالا ، قابلیت اطمینان و راحتی کاربر را ارائه دهند. هر استراتژی بهینه سازی به به حداقل رساندن از دست دادن انرژی ، کاهش تداخل و گسترش طول عمر زیرساخت های شارژ بی سیم کمک می کند.