Servizio di Progettazione PCB per Caricabatterie Wireless | Elettronica di Ricarica Induttiva Qi

I progetti di PCB per caricabatterie wireless implementano il trasferimento di potenza induttivo conforme a Qi, erogando 5-15W tramite accoppiamento magnetico, richiedendo una progettazione precisa della bobina, rilevamento di oggetti estranei, gestione termica e controllo EMI su pad di ricarica per smartphone, ricarica wireless automobilistica, caricabatterie integrati nei mobili e piattaforme multi-dispositivo che richiedono un'efficienza >70%, conformità alla certificazione Qi e un funzionamento sicuro con rilevamento di oggetti metallici per prevenire il surriscaldamento, supportando milioni di cicli di carica su cicli di vita del prodotto di 5-10 anni.

In APTPCB, forniamo servizi specializzati di progettazione di ricarica wireless che implementano architetture certificate Qi, layout di bobine ottimizzati e funzionalità di sicurezza validate con l'approvvigionamento di componenti di IC Qi certificati che supportano profili di potenza da 5W di base a 15W estesi.

Ottenere la Certificazione Qi e la Conformità agli Standard

Lo standard di ricarica wireless Qi impone specifiche elettriche rigorose, protocolli di comunicazione, rilevamento di oggetti estranei e caratteristiche di sicurezza che richiedono progetti convalidati che superino i test di certificazione WPC. Le sfide di certificazione includono il mantenimento di una frequenza operativa precisa (87-205 kHz per BPP/EPP), l'implementazione di una comunicazione conforme (modulazione ASK per la negoziazione) e la convalida della sensibilità FOD su diversi tipi di oggetti. Un'implementazione di conformità inadeguata impedisce la certificazione Qi bloccando l'accesso al mercato, causa problemi di interoperabilità con gli smartphone o crea rischi per la sicurezza da oggetti estranei non rilevati — influenzando significativamente il lancio del prodotto, l'esperienza utente e l'esposizione alla responsabilità, specialmente per le applicazioni di ricarica automobilistica e pubblica dove la sicurezza è fondamentale.

In APTPCB, i nostri progetti implementano architetture conformi a Qi garantendo certificazione e interoperabilità.

Implementazione della conformità Qi

Selezione di controller certificati: IC trasmettitori certificati WPC (IDT, NXP, TI) che implementano comunicazione conforme, controllo di potenza e FOD con protezione tramite rivestimento conforme per PCB.
Precisione del controllo di frequenza: Oscillatori a cristallo e configurazioni PLL che mantengono la frequenza operativa entro una tolleranza di ±0,5% garantendo un trasferimento di potenza affidabile.
Implementazione del protocollo di comunicazione: Demodulazione ASK che riceve pacchetti di controllo della potenza dai dispositivi riceventi, regolando di conseguenza la potenza del trasmettitore.
Supporto del profilo di potenza: Profilo di potenza di base (BPP) da 5W e profilo di potenza esteso (EPP) da 15W che supportano diverse capacità degli smartphone.
Test di certificazione: Validazione del laboratorio di test WPC che include la caratterizzazione elettrica, i test FOD e la validazione dell'interoperabilità con ricevitori certificati.

Implementazione della rilevazione di oggetti estranei e della sicurezza

La rilevazione di oggetti estranei impedisce il riscaldamento di oggetti metallici (monete, chiavi, gioielli) posizionati sulla superficie di ricarica, che potrebbero potenzialmente causare ustioni o danni, richiedendo algoritmi di rilevamento sensibili, misurazione calibrata del fattore Q della bobina e spegnimento rapido dell'alimentazione. Le sfide della FOD includono la rilevazione di piccoli oggetti <5 mm, la distinzione tra perdite di potenza legittime e oggetti estranei e il mantenimento della sensibilità nonostante l'invecchiamento o le variazioni ambientali. Un'implementazione inadeguata della FOD causa incidenti di sicurezza dovuti a oggetti surriscaldati, falsi positivi che interrompono la ricarica frustrando gli utenti, o sensibilità insufficiente che non riesce a rilevare oggetti pericolosi – con un impatto significativo sulla sicurezza dell'utente, sulla conformità normativa e sulla responsabilità del prodotto, specialmente per la ricarica pubblica e automobilistica dove l'introduzione di oggetti è imprevedibile.

In APTPCB, i nostri progetti implementano una FOD validata garantendo la sicurezza dell'utente e la conformità Qi.

Tecniche di implementazione della FOD

Misurazione del fattore Q: Monitoraggio in tempo reale del fattore di qualità della bobina che rileva i cambiamenti di impedenza da oggetti metallici rispetto a ricevitori legittimi con la precisione di una produzione PCB speciale.
Metodo della perdita di potenza: Confronto della potenza trasmessa e ricevuta che identifica perdite eccessive indicando la presenza di oggetti estranei che causano riscaldamento.
Monitoraggio della temperatura: Termistori NTC sulla superficie di ricarica che rilevano un riscaldamento anomalo, attivando uno spegnimento rapido prima che si verifichino danni.
Soglie adattive: Algoritmi di apprendimento che compensano le variazioni ambientali e l'invecchiamento, mantenendo la sensibilità FOD per tutta la durata del prodotto.
Interruzione rapida dell'alimentazione: Tempo di risposta <100ms dal rilevamento allo spegnimento dell'alimentazione, prevenendo un riscaldamento significativo degli oggetti estranei.

Progettazione PCB per caricabatterie wireless

Ottimizzazione dell'efficienza e della gestione termica

L'efficienza della ricarica wireless raggiunge tipicamente il 70-80%, generando 3-6W di calore nei caricabatterie da 15W, richiedendo una gestione termica efficace per prevenire il surriscaldamento che può causare disagio all'utente, deformazione plastica o guasti prematuri dei componenti. Le sfide termiche includono la concentrazione di calore in piccoli pad di ricarica, la gestione del calore vicino alla batteria durante l'uso e la ricarica simultanei, e il mantenimento dell'efficienza nonostante la limitazione termica. Un design termico inadeguato causa superfici calde sgradevoli al tatto, potenza di ricarica ridotta a causa della limitazione termica o problemi di affidabilità dovuti a temperature elevate prolungate — influenzando significativamente l'esperienza dell'utente, le prestazioni di ricarica e l'affidabilità a lungo termine, specialmente per applicazioni automobilistiche sotto la luce solare diretta o caricabatterie consumer che supportano la ricarica rapida.

In APTPCB, i nostri progetti implementano strategie termiche che mantengono temperature sicure massimizzando la potenza di ricarica.

Ottimizzazione termica e dell'efficienza

Selezione di componenti a basse perdite: MOSFET a bassa resistenza, induttori a basso DCR e raddrizzatori efficienti minimizzano le perdite, migliorando l'efficienza complessiva del 3-5%.
Ottimizzazione del design della bobina: La costruzione con filo di Litz e i modelli di avvolgimento ottimizzati minimizzano la resistenza AC, riducendo le perdite della bobina ad alte frequenze.
Design dell'interfaccia termica: Il controllo preciso dello spazio tra le bobine e l'alloggiamento massimizza il trasferimento di calore conduttivo al telaio o ai dissipatori di calore.
Integrazione del raffreddamento attivo: Raffreddamento opzionale assistito da ventola in applicazioni automobilistiche ad alta potenza, che mantiene l'erogazione di potenza nonostante il calore ambientale.
Gestione dell'alimentazione basata sulla temperatura: Limitazione dinamica della potenza basata sul feedback dei sensori termici, che previene il surriscaldamento massimizzando la velocità di ricarica.

Supporto per applicazioni multi-dispositivo e automobilistiche

I caricabatterie multi-dispositivo ospitano contemporaneamente telefoni, orologi e auricolari, richiedendo più bobine trasmittenti, una gestione coordinata dell'alimentazione e una ricarica senza posizionamento. La ricarica wireless automobilistica affronta temperature estreme (da -40 a +85°C), vibrazioni e l'integrazione con l'elettronica del veicolo, richiedendo una costruzione robusta e componenti di grado automobilistico. I requisiti specifici dell'applicazione influenzano il layout delle bobine, l'integrazione dell'alloggiamento e le esigenze di certificazione a supporto di diversi mercati. Un'ottimizzazione inadeguata dell'applicazione limita le opportunità di mercato, una robustezza insufficiente causa guasti automobilistici, o una scarsa coordinazione multi-dispositivo frustra gli utenti — influenzando significativamente l'idoneità al mercato, la soddisfazione dell'utente e la differenziazione del prodotto.

In APTPCB, supportiamo diverse applicazioni di ricarica wireless con competenze di progettazione specializzate.

Supporto alla progettazione specifico per l'applicazione

Piattaforme di ricarica multi-dispositivo

Array di bobine sovrapposte che consentono la ricarica senza posizionamento su ampie superfici, supportando la ricarica simultanea dei dispositivi.
Attivazione intelligente delle bobine che rileva la presenza del dispositivo e attiva solo le bobine necessarie, minimizzando il consumo energetico.
Gestione dell'allocazione di potenza che distribuisce la potenza disponibile su più dispositivi, garantendo una ricarica adeguata per ciascuno.

Ricarica wireless per autoveicoli

Componenti di grado automobilistico (da -40 a +125°C) che resistono a variazioni di temperatura estreme negli abitacoli dei veicoli.
Resistenza alle vibrazioni e agli urti conforme agli standard ambientali automobilistici.
Integrazione veicolare che supporta la comunicazione CAN e la visualizzazione dello stato sul cruscotto.
Funzioni di sicurezza che impediscono la ricarica con custodie metalliche per telefoni o un posizionamento improprio.

Attraverso design ottimizzati per l'applicazione e una validazione completa coordinata con gli standard dell'elettronica automobilistica, APTPCB consente ai produttori di ricarica wireless di servire i mercati consumer, commerciale e automobilistico.