桌面无线充电模块

设计要点

（一）高效能量传输设计

高效能量传输是桌面无线充电模块的核心设计目标。受限于桌面空间与模块尺寸，需在有限的体积内实现高效能量转换。采用高磁导率的纳米晶或铁氧体磁芯，可将线圈耦合系数提升 30% 以上，有效降低能量传输损耗。以常见的 5W 桌面无线充电模块为例，通过优化磁芯材料与结构，系统整体效率可从 65% 提升至 75% - 85% 。同时，优化线圈绕制工艺，采用多股利兹线绕制，减少趋肤效应，在 100 - 200kHz 的工作频率下，降低高频电阻，进一步提高能量传输效率。此外，引入自适应调谐技术，实时监测负载变化，动态调整谐振频率，确保在不同设备充电时均能保持高效能量传输，减少能量浪费。

（二）安全防护设计

安全防护设计是无线充电模块设计的关键考量。需满足 IEC 62368 - 1 电气安全标准与 Qi 无线充电协议规范。在过流保护方面，采用霍尔电流传感器或采样电阻配合运放电路，实时监测充电电流，当电流超过额定值 120% 时，在 100μs 内切断电源，防止因过流导致元件损坏或起火风险。过压保护则通过 TVS 二极管与比较器电路实现，箝位电压设置为额定电压的 115% ，有效抑制浪涌电压，保护后级电路安全。同时，集成异物检测（FOD）功能，利用磁共振频率偏移检测或涡流损耗分析算法，识别充电区域内金属异物，检测灵敏度可达直径 5mm 的金属物体，避免异物导致的发热与能量损耗，保障用户使用安全。

（三）兼容性与通用设计

兼容性与通用设计是桌面无线充电模块广泛应用的基础。遵循 Qi 无线充电标准，支持 A11、A12 等多种发射端线圈规格，通过软件协议栈兼容不同厂商设备的充电握手协议，确保与主流智能手机、智能手表、无线耳机等设备的无线充电适配。在硬件设计上，采用宽电压输入设计，电源输入范围覆盖 100 - 240VAC，50/60Hz，适应全球不同地区的市电标准。同时，优化充电输出电压与电流调节范围，如输出电压支持 5V、9V、12V 多档可调，输出电流根据设备需求动态调整，满足不同功率需求设备的充电要求，实现 “一充多用” 的通用性。

（四）外观与安装设计

外观与安装设计影响用户的使用体验与产品的融入性。桌面无线充电模块在外观上追求简洁、美观，与各类桌面环境相融合。采用超薄设计，模块厚度控制在 5 - 10mm，减少桌面占用空间；表面材质选用质感优良的 PC 或铝合金，经过磨砂、阳极氧化等处理，提升产品质感与耐磨性。在安装方式上，提供多种选择，如桌面嵌入式安装，通过在桌面开孔，将模块嵌入其中，实现桌面的一体化无线充电功能，美观且节省空间；桌面放置式安装则采用防滑底座设计，增加模块与桌面的摩擦力，防止使用过程中滑动，安装便捷，适用于各类桌面场景。

组成元件

（一）电源输入与转换模块

电源输入与转换模块为无线充电模块提供稳定的电能。通常将 AC 220V 市电通过开关电源转换为稳定的 DC 5V、DC 9V 或 DC 12V，转换效率可达 90% 以上。开关电源采用 PWM（脉冲宽度调制）技术，通过控制功率开关管的导通与关断时间比，实现电压转换与调节。内置 π 型滤波电路，由共模电感（10 - 33mH）和滤波电容（100 - 470μF）组成，可有效滤除电源纹波，纹波抑制比达 60dB，为后续电路提供纯净的直流电源。部分高端模块还集成了功率因数校正（PFC）电路，将功率因数提升至 0.95 以上，减少对电网的谐波污染。

（二）高频逆变与谐振模块

高频逆变与谐振模块是实现无线能量传输的关键。高频逆变电路采用全桥或半桥拓扑结构，由 MOSFET 功率管（导通电阻＜50mΩ）与驱动芯片组成。在控制芯片输出的 PWM 信号驱动下，将直流电压转换为 100 - 200kHz 的高频交流信号，为发射线圈提供交变电流。谐振匹配电路由发射线圈与补偿电容组成，线圈采用多股利兹线绕制，电感值设计在 5 - 20μH，补偿电容选用高精度薄膜电容，容值误差控制在 ±1% 以内。通过 LCC 或串串（SS）补偿拓扑，实现电路谐振，使发射线圈产生高强度的交变磁场，提高能量传输效率，在 5W - 15W 功率传输范围内，谐振效率可达 85% - 90% 。

（三）控制与保护芯片

控制与保护芯片是无线充电模块的 “大脑”。采用 ARM Cortex - M0 + 内核或专用无线充电控制芯片，内置 ADC 模块实时监测电压、电流、温度等参数。通过 FOD 算法实现异物检测，当检测到充电区域内有金属异物时，立即降低输出功率或停止充电，并通过指示灯或通信接口反馈异常信息。芯片还负责控制 PWM 信号的输出频率与占空比，根据接收端设备的充电需求，动态调整发射功率，实现自适应充电控制。同时，集成过流、过压、过热保护功能，在异常情况下迅速切断电路，保护模块与充电设备安全。

（四）接收与整流模块（内置设备端）

接收与整流模块集成在被充电设备内部。接收线圈采用平面螺旋结构，与发射线圈参数匹配，实现高效磁耦合。当接收线圈感应到发射线圈产生的交变磁场时，产生感应电动势。整流滤波电路采用肖特基二极管组成的全桥整流电路，配合 π 型滤波网络，将高频交流信号转换为稳定的直流电压，纹波控制在 50mV 以内。部分设备还集成了充电管理芯片，采用线性或开关模式充电方案，支持恒流 - 恒压充电模式，具备涓流充电功能，充电效率可达 92% 以上，确保对电池进行安全、高效充电。

（五）通信与指示模块

通信与指示模块实现无线充电模块与设备间的信息交互及状态反馈。通信模块基于 Qi 协议的 BPP（Basic Power Profile）或 EPP（Enhanced Power Profile）标准，采用 ASK 或 FSK 调制方式，实现发射端与接收端的双向通信。传输充电状态、功率需求、异物检测结果等信息，确保充电过程的稳定与高效。指示单元通过 LED 指示灯或设备屏幕显示充电状态，如充电中、充电完成、异物检测报警等。LED 指示灯通常采用不同颜色（如绿色表示充电正常，红色表示故障）与闪烁频率（如快速闪烁表示正在搜索设备，慢速闪烁表示充电异常）来直观反馈充电状态，为用户提供清晰的操作指引。

工作原理

（一）系统初始化与握手过程

桌面无线充电模块上电后，控制芯片首先进行初始化操作，配置内部寄存器、时钟系统，启动电源输入与转换模块，将市电转换为稳定的直流电。随后，高频逆变与谐振模块开始工作，发射线圈产生微弱的交变磁场。当支持无线充电的设备放置在充电区域时，设备内的接收线圈感应到交变磁场，产生感应电动势，唤醒设备内的接收与整流模块。此时，接收端通过通信模块向发射端发送设备信息与充电需求，如设备类型、支持的充电功率等。发射端控制芯片接收到信息后，根据预设的协议与算法，调整 PWM 信号参数，匹配设备的充电需求，完成握手过程，建立稳定的无线充电连接。

（二）能量传输与调节过程

在握手完成后，进入能量传输阶段。发射端的高频逆变电路将直流电转换为高频交流电，经谐振匹配电路放大后，通过发射线圈产生高强度的交变磁场。接收线圈感应交变磁场，产生感应电动势，经整流滤波电路转换为直流电，为设备电池充电。在充电过程中，接收端实时监测电池电压、电流，并通过通信模块向发射端反馈电池状态信息。发射端控制芯片根据反馈信息，通过 PID 控制算法调整 PWM 信号的占空比，动态调节发射功率。例如，当电池电量较低时，增大 PWM 占空比，提高发射功率，实现快速充电；当电池电量接近充满时，减小 PWM 占空比，降低发射功率，进入涓流充电阶段，防止过充，确保充电过程的高效与安全。

（三）安全监测与保护过程

在整个充电过程中，安全监测与保护机制持续运行。控制芯片通过采样电阻或霍尔电流传感器实时监测充电电流，通过电压采样电路监测输出电压。当电流超过额定值或电压异常时，立即触发过流、过压保护电路，切断高频逆变电路的驱动信号，停止能量传输。同时，通过温度传感器监测模块内部温度，当温度过高（如超过 85℃）时，启动过热保护机制，降低输出功率或停止充电，并通过散热风扇或散热片加强散热。异物检测功能也在全程运行，发射端控制芯片通过监测谐振电路的频率偏移或电流变化，分析充电区域内是否存在金属异物。一旦检测到异物，立即降低输出功率或停止充电，并通过指示模块发出报警信号，避免因异物导致的能量损耗、发热甚至起火等安全隐患。

（四）充电完成与结束过程

当设备电池充满电时，接收端通过通信模块向发射端发送充电完成信号。发射端控制芯片接收到信号后，控制高频逆变电路停止工作，发射线圈不再产生交变磁场，结束能量传输过程。同时，控制芯片将模块状态切换至待机模式，降低功耗，等待下一次充电需求。部分高端模块还具备自动断电功能，在设备充满电且离开充电区域一段时间后，自动切断电源输入，进一步节省能源，提高产品的智能化与节能水平。在生产制造环节，专业的 PCBA 公司如余姚市铭迪电器科技有限公司，会通过严格的质量管控体系确保桌面无线充电模块性能稳定。从 PCB 布局优化减少电磁干扰，到 SMT 贴片精度控制确保元件焊接可靠，再到整机老化测试验证长期稳定性，每一个环节都经过精心把控，以保障产品符合相关标准，为市场提供性能可靠的桌面无线充电解决方案 。