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浅析软磁屏蔽材料在无线充电中的作用

2019-05-16

无线充电在手机已经有普及的趋势,三星和苹果已经形成标配了,在穿戴领域也有很多产品,未来在家里、办公室、公共场所、出行工具、交通都会有无线充电的普及,未来还会有电动汽车的普及。

软磁无线充电


一、无线能量传输(WPT):智能手机、智能穿戴(小功率)

无线充电的结构类似于变压器,由发射端和接收端构成,发射端和接收端都是由线圈和磁性材料构成,磁性材料有不同的选择,有铁氧体、非晶、纳米晶等。
导磁材料

二、软磁屏蔽材料在无线充电中的作用
 
隔磁屏蔽:为磁通量提供一条低阻抗通路,降低向外散发的磁力线,减少对周围金属物体的影响,防止产生涡流和信号干扰。
 
导磁降阻:提高耦合系数,提升磁电转换效率,使用更少的匝数来实现更高电感的线圈,降低线圈电阻,减少发热带来的效率降低(匝数越多,电阻越高)。
三、常用软磁屏蔽材料类型:
导磁材料有哪些

四、纳米晶导磁片充电效率比较:
 
模拟真实场景,在同等条件下进行对比测试,采用不同厚度的纳米晶导磁片和不同磁导率、不同厚度的铁氧体做了充电效率比较。随着厚度的增加,充电效率在不断提升,但纳米晶不是越厚越好,到0.1mm时基本饱和,因此,在设计无线充电模块时,纳米晶导磁片不需要做的太厚,会增加材料成本。铁氧体的规律与纳米晶类似,磁导率越高,充电效率越高,厚度越厚,充电效率也越高,但在同等充电效率下,纳米晶磁片的厚度仅为铁氧体的一半。
导磁材料充电效率比较


五、智能手机无线充电发展历程
 
2012年诺基亚推出无线充电手机Lumia 920,所用的磁性材料是硬质铁氧体。2013年一款销往海外的手机HiKe 868设计了无线充电和NFC的集成,配备的磁性材料是WPC-铁氧体(刚性) 、NFC-铁氧体(柔性)。2015年手机无线充电发生了里程碑式的变化,三星推出首款无线充电旗舰手机Galaxy S6,不仅兼容两种无线充电的标准,WPC和PMA,还配置了两种支付标准NFC和MST,匹配用的软磁屏蔽材料除了铁氧体外,首次使用了非晶导磁片,使得手机不仅做的轻薄精美,还大幅提升了无线充电效率。到2016年三星又做了改进,把磁性材料全部换成了更加先进的纳米晶导磁片,引领无线充电技术的变革,始终处于领先地位。从这几年的发展历程看,在功能上从单纯的无线充电加上了NFC和MST近场通讯的功能。磁性材料则从铁氧体逐渐过渡到纳米晶。


六、应用案例
 
纳米晶在无线充电的应用是从S7开始,一种材料实现所有功能,取代了非晶和铁氧体的组合。一般认为,用于NFC的软磁材料,铁氧体是最佳的,而认为纳米晶不适合,因为在高频,纳米晶的损耗远大于铁氧体,但是三星恰恰做了突破,S7的成功应用证明了纳米晶是可以用于NFC的,随后的S8/N8/A7/J5/J7等众多型号产品,将纳米晶的应用从WPC扩展到NFC和MST。
纳米非晶导磁
纳米非晶材料

我们在发射端也做了一些尝试,用纳米晶导磁片做了几款无线充电器产品,有多工位、多功能等特色产品,性能没有任何问题,现在唯一的问题就是导磁片的成本比铁氧体高。
导磁材料在无线充电中应用

七、手机无线充电发展趋势:
 
功能:WPC→WPC+NFC→WPC/Airfule+NFC
 
无线充电——无线充电+——随意充
 
功率:5W→7.5W→10W→15W
 
慢充——普充——快充——闪充
 
八、导磁片发展趋势:
 
接收端:吸波材料→铁氧体→非晶+铁氧体→纳米晶
 
纳米晶导磁片:
 
薄——超薄: 0.14→0.12→0.11 →0.10
 
高磁导、低损耗——高Q
 
九、应用与普及:
 
小功率:手机、智能穿戴等 
 
中功率:电脑、厨房家电等 
 
大功率:电动汽车、道路等基础设施
 
未来,将是无线的世界,改变生活,改变世界。
导出材料未来应用