Les conceptions de PCB pour chargeurs sans fil mettent en œuvre un transfert de puissance inductif conforme à la norme Qi, délivrant 5 à 15 W par couplage magnétique, nécessitant une conception de bobine de précision, une détection d'objets étrangers, une gestion thermique et un contrôle EMI pour les tapis de charge de smartphones, la charge sans fil automobile, les chargeurs intégrés aux meubles et les plateformes multi-appareils, exigeant une efficacité >70 %, la conformité à la certification Qi et un fonctionnement sûr détectant les objets métalliques pour éviter la surchauffe, supportant des millions de cycles de charge sur des durées de vie de produit de 5 à 10 ans.
Chez APTPCB, nous fournissons des services spécialisés de conception de charge sans fil, mettant en œuvre des architectures certifiées Qi, des agencements de bobines optimisés et des fonctions de sécurité validées, avec l'approvisionnement en composants d'ICs Qi certifiés prenant en charge des profils de puissance de base de 5W jusqu'à des profils étendus de 15W.
Obtention de la certification Qi et conformité aux normes
La norme de recharge sans fil Qi exige des spécifications électriques strictes, des protocoles de communication, la détection d'objets étrangers et des fonctions de sécurité nécessitant des conceptions validées réussissant les tests de certification WPC. Les défis de la certification incluent le maintien d'une fréquence de fonctionnement précise (87-205 kHz pour BPP/EPP), la mise en œuvre d'une communication conforme (modulation ASK pour la négociation) et la validation de la sensibilité FOD sur divers types d'objets. Une mise en œuvre non conforme empêche la certification Qi, bloquant l'accès au marché, causant des problèmes d'interopérabilité avec les smartphones, ou créant des risques de sécurité dus à des objets étrangers non détectés — impactant significativement le lancement du produit, l'expérience utilisateur et l'exposition à la responsabilité, en particulier pour les applications de recharge automobile et publique où la sécurité est critique.
Chez APTPCB, nos conceptions mettent en œuvre des architectures conformes à la norme Qi, garantissant la certification et l'interopérabilité.
Mise en œuvre de la conformité Qi
- Sélection de contrôleurs certifiés : CI émetteurs certifiés WPC (IDT, NXP, TI) mettant en œuvre une communication conforme, un contrôle de puissance et une détection d'objets étrangers (FOD) avec une protection par revêtement conforme de PCB.
- Précision du contrôle de fréquence : Oscillateurs à quartz et configurations PLL maintenant la fréquence de fonctionnement dans une tolérance de ±0,5 %, assurant un transfert de puissance fiable.
- Implémentation du protocole de communication : Démodulation ASK recevant des paquets de contrôle de puissance des dispositifs récepteurs, ajustant la puissance de l'émetteur en conséquence.
- Prise en charge des profils de puissance : Profil de puissance de base (BPP) de 5W et profil de puissance étendu (EPP) de 15W prenant en charge diverses capacités de smartphone.
- Tests de certification : Validation en laboratoire de test WPC incluant la caractérisation électrique, les tests FOD et la validation de l'interopérabilité avec des récepteurs certifiés.
Implémentation de la détection d'objets étrangers et de la sécurité
La détection d'objets étrangers empêche le chauffage d'objets métalliques (pièces de monnaie, clés, bijoux) placés sur la surface de chargement, ce qui pourrait potentiellement provoquer des brûlures ou des dommages, nécessitant des algorithmes de détection sensibles, une mesure calibrée du facteur Q de la bobine et un arrêt rapide de l'alimentation. Les défis de la FOD incluent la détection de petits objets <5 mm, la distinction entre les pertes de puissance légitimes et les objets étrangers, et le maintien de la sensibilité malgré le vieillissement ou les variations environnementales. Une implémentation inadéquate de la FOD entraîne des incidents de sécurité dus à des objets surchauffés, des faux positifs interrompant la charge et frustrant les utilisateurs, ou une sensibilité insuffisante ne parvenant pas à détecter les objets dangereux – impactant significativement la sécurité des utilisateurs, la conformité réglementaire et la responsabilité du produit, en particulier pour la recharge publique et automobile où l'introduction d'objets est imprévisible.
Chez APTPCB, nos conceptions implémentent une FOD validée garantissant la sécurité des utilisateurs et la conformité Qi.
Techniques d'implémentation de la FOD
- Mesure du facteur Q : Surveillance en temps réel du facteur de qualité de la bobine, détectant les changements d'impédance dus aux objets métalliques par rapport aux récepteurs légitimes avec la précision d'une fabrication de PCB spéciale.
- Méthode de perte de puissance : Comparaison de la puissance transmise et reçue, identifiant les pertes excessives indiquant la présence d'objets étrangers provoquant un échauffement.
- Surveillance de la température : Thermistances NTC sur la surface de charge détectant un échauffement anormal, déclenchant un arrêt rapide avant que des dommages ne surviennent.
- Seuils adaptatifs : Algorithmes d'apprentissage compensant les variations environnementales et le vieillissement, maintenant la sensibilité FOD tout au long de la durée de vie du produit.
- Coupure rapide de l'alimentation : Temps de réponse <100ms de la détection à la coupure de l'alimentation, empêchant un échauffement significatif des objets étrangers.
Optimisation de l'efficacité et de la gestion thermique
L'efficacité de la recharge sans fil atteint généralement 70-80%, générant 3-6W de chaleur dans les chargeurs de 15W, ce qui nécessite une gestion thermique efficace pour prévenir la surchauffe, qui peut entraîner un inconfort pour l'utilisateur, une déformation plastique ou une défaillance prématurée des composants. Les défis thermiques incluent la concentration de chaleur dans de petits tapis de charge, la gestion de la chaleur près de la batterie pendant l'utilisation et la charge simultanées, et le maintien de l'efficacité malgré la limitation thermique. Une conception thermique inadéquate entraîne des surfaces chaudes inconfortables au toucher, une puissance de charge réduite due à la limitation thermique, ou des problèmes de fiabilité dus à des températures élevées prolongées — impactant significativement l'expérience utilisateur, les performances de charge et la fiabilité à long terme, en particulier pour les applications automobiles en plein soleil ou les chargeurs grand public prenant en charge la charge rapide.
Chez APTPCB, nos conceptions mettent en œuvre des stratégies thermiques qui maintiennent des températures sûres tout en maximisant la puissance de charge.
Optimisation thermique et de l'efficacité
- Sélection de composants à faibles pertes : Des MOSFETs à faible résistance, des inductances à faible DCR et des redresseurs efficaces minimisent les pertes, améliorant l'efficacité globale de 3 à 5 %.
- Optimisation de la conception des bobines : La construction en fil de Litz et les motifs d'enroulement optimisés minimisent la résistance AC, réduisant les pertes de bobine à hautes fréquences.
- Conception de l'interface thermique : Un contrôle précis de l'espace entre les bobines et le boîtier maximise le transfert de chaleur conductif vers le châssis ou les dissipateurs thermiques.
- Intégration du refroidissement actif : Refroidissement optionnel assisté par ventilateur dans les applications automobiles de haute puissance, maintenant la fourniture d'énergie malgré la chaleur ambiante.
- Gestion de l'alimentation basée sur la température : Limitation dynamique de la puissance basée sur le retour d'information des capteurs thermiques, prévenant la surchauffe tout en maximisant la vitesse de charge.
Prise en charge des applications multi-appareils et automobiles
Les chargeurs multi-appareils accueillent simultanément téléphones, montres et écouteurs, nécessitant plusieurs bobines émettrices, une gestion coordonnée de l'alimentation et une charge sans positionnement. La charge sans fil automobile est confrontée à des températures extrêmes (-40 à +85°C), aux vibrations et à l'intégration avec l'électronique du véhicule, nécessitant une construction robuste et des composants de qualité automobile. Les exigences spécifiques à l'application influencent la disposition des bobines, l'intégration du boîtier et les besoins de certification, soutenant divers marchés. Une optimisation inadéquate des applications limite les opportunités de marché, une robustesse insuffisante entraîne des défaillances automobiles, ou une mauvaise coordination multi-appareils frustre les utilisateurs — impactant significativement l'adéquation au marché, la satisfaction des utilisateurs et la différenciation des produits.
Chez APTPCB, nous prenons en charge diverses applications de charge sans fil grâce à une expertise en conception spécialisée.
Support de conception spécifique à l'application
Plateformes de charge multi-appareils
- Réseaux de bobines superposées permettant une charge sans positionnement sur de grandes surfaces, prenant en charge la charge simultanée de plusieurs appareils.
- Activation intelligente des bobines détectant la présence de l'appareil et n'activant que les bobines nécessaires, minimisant ainsi la consommation d'énergie.
- Gestion de l'allocation de puissance distribuant la puissance disponible sur plusieurs appareils, assurant une charge adéquate pour chacun.
Chargement sans fil automobile
- Composants de qualité automobile (-40 à +125°C) résistant aux variations de température extrêmes dans les habitacles des véhicules.
- Résistance aux vibrations et aux chocs, conforme aux normes environnementales automobiles.
- Intégration véhicule prenant en charge la communication CAN et l'affichage de l'état sur le tableau de bord.
- Fonctions de sécurité empêchant la charge avec des coques de téléphone métalliques ou un placement incorrect.
Grâce à des conceptions optimisées pour l'application et une validation complète coordonnée avec les normes de l'électronique automobile, APTPCB permet aux fabricants de chargeurs sans fil de servir les marchés grand public, commercial et automobile.