无线充电器设计原理图

每当手机屏幕亮起“正在充电”，您是否想过发射端逆变电路和GaN器件的默契配合？从直流到高频交流的瞬间切换，正是判定无线充电效率和体积的关键。今天，我们将从逆变拓扑、谐振匹配、GaN FET优势及发射端设计要点四大板块，带您一览无线充电核心技术细节。
一、逆变拓扑：全桥 vs 半桥

1. 全桥逆变

• 四开关桥臂交替导通，输出功率更大。

• 适用于30W及以上高功率方案，电流纹波小、桥臂失衡风险低。

1. 半桥逆变

• 两开关+中点电容，结构紧凑。

• 15W以下主流充电器首选，PCB占用面积更小、成本更低。

1. 谐振匹配

• 结合薄膜电容与高Q线圈，在110–205kHz（电磁感应式）或6.78MHz（Qi磁共振式）精准对齐。

• 系统效率可从60%提升至85%以上[1]。

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  二、GaN FET：效率与体积双革新
  • 高频特性
  GaN器件支持数百kHz甚至数MHz开关频率，磁组件与匹配电容体积可缩小至传统方案的1/3[2]。
  • 低损耗
  载流子迁移率更快、寄生电容更小，导通/开关损耗可降低40%以上[2]。
  • 紧凑散热
  平面封装+低热阻设计，配合PCB铜箔散热区域及ZVS零电压开关技术，空载功耗<50mW，满足Qi 1.2.4待机规范。

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  三、发射端设计要点

1. 驱动与保护

• 高速门极驱动：提供3A以上峰值电流，实现亚100ns开关。

• 异物检测（FOD）：基于相位偏移+Q值监测，0.1g金属碎片即刻响应，防止局部过热[3]。

1. EMI与滤波

• 输出端π型滤波网络，抑制<30MHz传导干扰，满足FCC Part 15B与CE EMC标准。

• PCB分层布局，敏感信号走内层，噪声源远离天线及数字电路。

1. 多线圈矩阵与动态切换

• 并联多LC单元，通过智能开关选取最佳线圈。

• 有效充电面积提升300%，系统效率始终保持≥85%[4]。

1. 自动调谐机制

• 数字电位器或变容二极管在线追踪谐振频点，自动补偿温漂与负载变化。

• 调谐时间<1ms，保证快充场景下的稳定输出。

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  四、实际设计示例
  在某旗舰车载无线充电方案中，工程团队采用GaN半桥拓扑+四线圈矩阵，配合数字调谐与FOD算法，实测平均效率达88%，空载功耗仅45mW，模块厚度控制在14mm以内，为轻薄车载中控增添无线充电新体验。
  从逆变电路拓扑的选型，到谐振匹配与GaN器件的深度融合，再到EMC、FOD与热管理的精细打磨，发射端的每一处设计都在决定着无线充电的效率和安全。希望这篇深度解析，能为您的无线充电原理图设计提供新思路。