Drahtloses Ladegerät PCB Design Service | Qi Induktive Ladeelektronik

Leiterplatten-Designs für kabellose Ladegeräte implementieren Qi-konforme induktive Leistungsübertragung, die 5-15W durch magnetische Kopplung liefert und präzises Spulendesign, Fremdkörpererkennung, Wärmemanagement und EMI-Kontrolle erfordert. Dies gilt für Smartphone-Ladepads, kabelloses Laden im Automobilbereich, in Möbel integrierte Ladegeräte und Multi-Geräte-Plattformen, die eine Effizienz von >70%, Qi-Zertifizierungskonformität und einen sicheren Betrieb mit Erkennung metallischer Objekte zur Vermeidung von Überhitzung fordern und Millionen von Ladezyklen über Produktlebenszyklen von 5-10 Jahren unterstützen.

Bei APTPCB bieten wir spezialisierte Design-Dienstleistungen für kabelloses Laden an, die Qi-zertifizierte Architekturen, optimierte Spulenlayouts und validierte Sicherheitsfunktionen umfassen, einschließlich der Komponentenbeschaffung von zertifizierten Qi-ICs, die von 5W Basis- bis zu 15W erweiterten Leistungsprofilen unterstützen.

Erlangung der Qi-Zertifizierung und Einhaltung von Standards

Der Qi-Standard für drahtloses Laden schreibt strenge elektrische Spezifikationen, Kommunikationsprotokolle, Fremdkörpererkennung und Sicherheitsmerkmale vor, die validierte Designs erfordern, die die WPC-Zertifizierungstests bestehen. Zu den Herausforderungen bei der Zertifizierung gehören die Aufrechterhaltung einer präzisen Betriebsfrequenz (87-205 kHz für BPP/EPP), die Implementierung einer konformen Kommunikation (ASK-Modulation für die Aushandlung) und die Validierung der FOD-Empfindlichkeit über verschiedene Objekttypen hinweg. Eine unzureichende Konformitätsimplementierung verhindert die Qi-Zertifizierung, blockiert den Marktzugang, verursacht Interoperabilitätsprobleme mit Smartphones oder schafft Sicherheitsrisiken durch unentdeckte Fremdkörper – was die Produkteinführung, das Benutzererlebnis und die Haftungsrisiken erheblich beeinträchtigt, insbesondere bei Automobil- und öffentlichen Ladeanwendungen, wo Sicherheit entscheidend ist.

Bei APTPCB implementieren unsere Designs Qi-konforme Architekturen, die Zertifizierung und Interoperabilität gewährleisten.

Qi-Konformitätsimplementierung

Auswahl zertifizierter Controller: WPC-zertifizierte Sender-ICs (IDT, NXP, TI), die konforme Kommunikation, Leistungsregelung und FOD mit Leiterplatten-Schutzlack-Schutz implementieren.
Präzision der Frequenzregelung: Quarzoszillatoren und PLL-Konfigurationen, die die Betriebsfrequenz innerhalb einer Toleranz von ±0,5 % halten und so eine zuverlässige Leistungsübertragung gewährleisten.
Kommunikationsprotokoll-Implementierung: ASK-Demodulation empfängt Leistungssteuerungspakete von Empfängergeräten und passt die Sendeleistung entsprechend an.
Unterstützung von Leistungsprofilen: 5W Basic Power Profile (BPP) und 15W Extended Power Profile (EPP) zur Unterstützung verschiedener Smartphone-Funktionen.
Zertifizierungstests: WPC-Testlaborvalidierung einschließlich elektrischer Charakterisierung, FOD-Tests und Interoperabilitätsvalidierung mit zertifizierten Empfängern.

Implementierung von Fremdkörpererkennung und Sicherheit

Die Fremdkörpererkennung verhindert das Erhitzen von metallischen Gegenständen (Münzen, Schlüssel, Schmuck), die auf der Ladefläche platziert werden, was potenziell Verbrennungen oder Schäden verursachen könnte. Dies erfordert empfindliche Erkennungsalgorithmen, kalibrierte Spulen-Q-Faktor-Messung und eine schnelle Leistungsabschaltung. Zu den Herausforderungen der FOD gehören das Erkennen kleiner Objekte <5 mm, das Unterscheiden legitimer Leistungsverluste von Fremdkörpern und die Aufrechterhaltung der Empfindlichkeit trotz Alterung oder Umweltschwankungen. Eine unzureichende FOD-Implementierung führt zu Sicherheitsvorfällen durch überhitzte Objekte, Fehlalarmen, die das Laden unterbrechen und Benutzer frustrieren, oder unzureichender Empfindlichkeit, die gefährliche Objekte nicht erkennt – was die Benutzersicherheit, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Produkthaftung erheblich beeinträchtigt, insbesondere bei öffentlichen und automobilen Ladevorgängen, wo das Einbringen von Objekten unvorhersehbar ist.

Bei APTPCB implementieren unsere Designs validierte FOD, um die Benutzersicherheit und Qi-Konformität zu gewährleisten.

FOD-Implementierungstechniken

Q-Faktor-Messung: Echtzeit-Überwachung des Spulen-Gütefaktors, die Impedanzänderungen durch metallische Objekte im Vergleich zu legitimen Empfängern mit der Präzision einer speziellen Leiterplattenfertigung erkennt.
Leistungsverlustmethode: Vergleich der gesendeten und empfangenen Leistung zur Identifizierung übermäßiger Verluste, die auf das Vorhandensein von Fremdkörpern und damit auf Erwärmung hinweisen.
Temperaturüberwachung: NTC-Thermistoren auf der Ladefläche erkennen abnormale Erwärmung und lösen eine schnelle Abschaltung aus, bevor Schäden entstehen.
Adaptive Schwellenwerte: Lernalgorithmen, die Umweltschwankungen und Alterung kompensieren und die FOD-Empfindlichkeit über die gesamte Produktlebensdauer aufrechterhalten.
Schnelle Leistungsabschaltung: <100ms Reaktionszeit von der Erkennung bis zur Leistungsabschaltung, um eine signifikante Erwärmung von Fremdkörpern zu verhindern.

Design der Leiterplatte für kabellose Ladegeräte

Optimierung von Effizienz und Wärmemanagement

Die Effizienz des kabellosen Ladens erreicht typischerweise 70-80%, wobei in 15W-Ladegeräten 3-6W Wärme erzeugt werden, was ein effektives Wärmemanagement erfordert, um Überhitzung zu verhindern, die zu Benutzerunbehagen, plastischer Verformung oder vorzeitigem Komponentenausfall führen kann. Zu den thermischen Herausforderungen gehören die Konzentration der Wärme in kleinen Ladeflächen, das Wärmemanagement in der Nähe des Akkus während der gleichzeitigen Nutzung und des Ladevorgangs sowie die Aufrechterhaltung der Effizienz trotz thermischer Drosselung. Ein unzureichendes Wärmedesign führt zu unangenehm heißen Oberflächen, reduzierter Ladeleistung durch thermische Begrenzung oder Zuverlässigkeitsproblemen durch anhaltend erhöhte Temperaturen – was die Benutzererfahrung, die Ladeleistung und die langfristige Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigt, insbesondere bei Automobilanwendungen in direktem Sonnenlicht oder Verbraucherladegeräten, die schnelles Laden unterstützen.

Bei APTPCB implementieren unsere Designs thermische Strategien, die sichere Temperaturen aufrechterhalten und gleichzeitig die Ladeleistung maximieren.

Wärme- und Effizienzoptimierung

Auswahl verlustarmer Komponenten: Widerstandsarme MOSFETs, Induktivitäten mit geringem Gleichstromwiderstand (DCR) und effiziente Gleichrichter minimieren Verluste und verbessern die Gesamteffizienz um 3-5%.
Spulendesign-Optimierung: Litzendrahtkonstruktion und optimierte Wicklungsmuster minimieren den Wechselstromwiderstand und reduzieren Spulenverluste bei hohen Frequenzen.
Wärmeübertragungsschnittstellen-Design: Präzise Spaltkontrolle zwischen Spulen und Gehäuse maximiert die konduktive Wärmeübertragung zum Chassis oder zu Kühlkörpern.
Integration aktiver Kühlung: Optionale lüfterunterstützte Kühlung in Hochleistungs-Automobilanwendungen, die die Leistungsabgabe trotz Umgebungswärme aufrechterhält.
Temperaturbasiertes Leistungsmanagement: Dynamische Leistungsbegrenzung basierend auf Rückmeldungen von Temperatursensoren, die Überhitzung verhindert und gleichzeitig die Ladegeschwindigkeit maximiert.

Unterstützung von Multi-Geräte- und Automobilanwendungen

Multi-Geräte-Ladegeräte nehmen Telefone, Uhren und Ohrhörer gleichzeitig auf und erfordern mehrere Sendespulen, koordiniertes Leistungsmanagement und positionierungsfreies Laden. Automobiles kabelloses Laden ist extremen Temperaturen (-40 bis +85°C), Vibrationen und der Integration in die Fahrzeugelektronik ausgesetzt, was eine robuste Bauweise und Komponenten in Automobilqualität erfordert. Anwendungsspezifische Anforderungen beeinflussen Spulenlayout, Gehäuseintegration und Zertifizierungsbedürfnisse, die verschiedene Märkte unterstützen. Eine unzureichende Anwendungsoptimierung begrenzt Marktchancen, eine ungenügende Robustheit führt zu Ausfällen im Automobilbereich, oder eine schlechte Koordination mehrerer Geräte frustriert Benutzer – was die Markttauglichkeit, Benutzerzufriedenheit und Produktdifferenzierung erheblich beeinträchtigt.

Bei APTPCB unterstützen wir vielfältige kabellose Ladeanwendungen mit spezialisiertem Design-Know-how.

Anwendungsspezifische Designunterstützung

Multi-Geräte-Ladeplattformen

Überlappende Spulenanordnungen, die positionierungsfreies Laden über große Flächen ermöglichen und gleichzeitiges Laden von Geräten unterstützen.
Intelligente Spulenaktivierung, die die Anwesenheit von Geräten erkennt und nur die benötigten Spulen aktiviert, wodurch der Stromverbrauch minimiert wird.
Leistungsverteilungsmanagement, das die verfügbare Leistung auf mehrere Geräte verteilt und so eine ausreichende Ladung für jedes Gerät gewährleistet.

Kabelloses Laden im Automobilbereich

Automobilgerechte Komponenten (-40 bis +125°C), die extremen Temperaturschwankungen in Fahrzeugkabinen standhalten.
Vibrations- und Stoßfestigkeit, die den Umweltstandards der Automobilindustrie entspricht.
Fahrzeugintegration, die CAN-Kommunikation und die Anzeige des Status im Armaturenbrett unterstützt.
Sicherheitsfunktionen, die das Laden mit metallischen Handyhüllen oder bei unsachgemäßer Platzierung verhindern.

Durch anwendungsoptimierte Designs und umfassende Validierung, koordiniert mit den Standards der Automobilelektronik, ermöglicht APTPCB Herstellern von kabellosen Ladesystemen, Verbraucher-, Gewerbe- und Automobilmärkte zu bedienen.