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PCB线圈无线充电(小型设备无线方案贡献板)

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简介

pcb绘制的无线充电线圈,使用xkt510发射,T3168接收。板载锂电充电/升压电路,输出电压可通过跳帽切换至外部DCDC升压。需要两次打板机会,当然可以自己缩小pcb拼在一张板子上(很简单)

简介:pcb绘制的无线充电线圈,使用xkt510发射,T3168接收。板载锂电充电/升压电路,输出电压可通过跳帽切换至外部DCDC升压。需要两次打板机会,当然可以自己缩小pcb拼在一张板子上(很简单)

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2022-07-29 15:56:31更新时间:2022-08-16 01:32:36

描述

写在最前面の成本问题&注意事项&更改建议

1.此板为验证板/实验板,仅提供新思路,并非产品,因此体积稍大且成本平均一个算邮费15以内差不多。如果希望自己改进,成本可以控制在10以内,但需注意以下几点

  • 更改原理图后转pcb时请检查封装等等是否正确,是否符合预期目的。
  • PCB可以做得非常小,我只是方便验证功能所以画的很大,大家可以自己改改,节省打样机会。
  • 如果对成本不敏感,直接买30uH/38MM线圈肯定更好,发热小,性能更优,其实一个算邮费也就三块钱:【淘宝】https://m.tb.cn/h.fBCsiBI?tk=yqyt2t6JQlLCZ3457 「38mm30uH 无线充电线圈XKT-L1 无线充方案用电感线圈 全新」点击链接直接打开
  • 由于我手里并没有电感测量工具,并不知道pcb线圈准确的电感量,但是根据空载电流可以判断出pcb线圈电感量肯定是小了(更改建议见线圈绘制)。
  • 电池小贵,但是可以自己更改为带保护板的袋装锂电。
  • NPO电容小贵,但是切记不可换成X7R且切记为1206封装。但是钽电容可以换,节省成本缩小体积。二极管的更换请按照设计需求的电流电压自行更换封装与型号。
  • 很多部分器件可根据经验省略,有线供电部分二极管可短接。
  • 立式type-C公座贵的要死,建议直接某宝买个夹板的公座(带板的,四脚那种),几毛钱,直接焊到引出的输出焊盘上。
  • 如果对输出电压要求不高,内部DCDC升压以及锂电池供电可以融合为充放电升压一体的芯片(推荐),比如ETA6093等等,可以根据以下芯片表选型。或者直接锂电池电压输出(不推荐,除非为了节省成本)。

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为什么你不能一次性做到完美,要让我们自己改进?因为新训练营开了,想搞大事情!

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2.还有不能给手机冲哈,这芯片还想给手机充?想充手机的直接捡个五六块钱的15W垃圾无线充就行了。实在想自己做就看下面这个表吧

总之是都不便宜,而且有些买不到,大功率的话pcb线圈自然也是不用考虑了

无线充电芯片方案汇总:14家41种热门型号

简介&设计目的&设计思路

  • 看到某宝上xkt芯片方案的无线充电模块一个要三十四十,而且凡是pcb线圈大多输出为5V 60mA左右,遂想自己做一个。
  • 实物分为接收与发射两部分,发射部分线圈可作为接收部分线圈使用(剪下来就可以了),如果可以做的更小,三者完全可以拼为一个板子。
  • 可以用于雪花灯的底座,雪花灯最低亮度可以连续开两天两夜(实测)
  • 器件尽量选择大家常用的元件,减少验证成本和难度,如果你想克隆到自己的项目用,请一定一定仔细阅读写在前面的注意事项。
  • 达到的功能有可无线供电、有线供电,可边冲边放,可给锂电池充电,无线充电输出位置最大应该支持5V500mA。
  • 输出支持内部&外部DCDC通过跳帽切换,我选用的内部DCDC为PW5100-50芯片,比较常用且价格低廉,静态电流10μA,效率95%,输入0.7-5V,输出5V,可以达到小型项目需求。
  • 电池充电电流可以自己改变R5阻值调整,原理图里有详细说明。我设置的200mA,充750maH的16340。
  • 小功率采用pcb线圈可以做到价格低廉,大批量线圈电感量保持一致等等好处。
  • 如果有需要可以选择xkt001等等芯片,可以直接给电池充电,不过我也没试过,因为T3168+XKT510只要2.5元子。
  • xkt的芯片数据手册少得可怜,网上分享的成功案例也没有很详细,所以我第一次做也并不是完美,开源出来大家可以一起优化、更改,希望pcb线圈无线供电早日出现在大家的项目上。

线圈绘制教程(可同步用于无线充电与NFC等等项目的线圈绘制)

起初是自己用绘制螺旋线绘制线圈,但是电感量不能够保证(于是为了这个项目这个月打了三次板子了已经),遂采用TI官方的线圈绘制工具绘制,链接:Coil Designer (ti.com)
绘制步骤如下(英文不好的直接去网页里右键全屏翻译吧):
image.png
第二步选择线圈有多种形状,各位自由发挥

image.pngimage.pngimage.pngimage.png

image.png

第四步更改红色箭头标注部分就足够了,想让线圈小一点就改Dout

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第五步导出AD文件并且解压即可

image.pngimage.pngimage.png

接下来在立创eda操作(导入TI生成的AD线圈并不会判定为其它EDA绘制而失去免费打板机会,请消除顾虑,放心设计)

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打开刚刚解压的线圈文件

image.png

image.png

导入后修改线头,过孔,线圈网络等等

image.png

自由设计哈这里,然后直接复制到自己的工程里就行了
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(注意这里)关于线圈问题

我在pcb里提供了两个线圈,第一个是我打出来手里的,已验证的,但是空载电流过大,是因为线圈电感量不够导致的。(如下图为线圈一空载电流)

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大的有点离谱,因为如果用标准的30μH/38mm线圈空载电流如下

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但是解决方法也简单,那就是增加线圈电感量就行了,这里我选择通过增加线圈圈数增大电感量。我在TI工具里绘制的“线圈一”也就是空载电流过大的这个线圈在TI工具里显示为30μH,但是到手后明显电感量不足,由于手里没有电感测试工具,我也不知道具体和软件差了多少,我在pcb里画了第二个线圈是未验证的,TI软件里显示38.982μH(如下图),实际应该差不多吧,我已经替换到pcb里,大家可以放心打样测试一下,肯定比我原来的好而且肯定能用哈。如果替换我原来的线圈也可以,但是冲久了烫手。。。(原因见:关于线圈电感量)

3.png

pcb线圈的板子越薄电感量偏差越小(0.8、1.0、1.2),但是铜厚一定是1OZ,必要的话可以调整TI工具里的铜厚等等其他数据。

仪器大佬赶紧测测电感量差多少,然后公布到评论区让我少走点弯路吧!!!

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关于线圈电感量

  • 电感量偏高会影响无线供电性能(+5μH应该没什么影响)
  • 电感量过低会点亮XKT510芯片(亲身体验)
  • 电感量较低于标称值会造成pcb线圈过热变成电磁炉(亲身体验)

以上发射端问题均不会引起接收端线圈发热以及损坏,所以不用担心接收端电池爆炸啥的。

电感量匹配的话其实也会有一定发热(具体保护方法是添加温度保护开关以及添加散热铺铜等等)下图为70℃温度保护开关TB02-BB8D,内阻小于25mΩ,还可用于锂电池组做温度保护开关,一块一个包邮。不想要就直接短接开关位置。

链接:【淘宝】https://m.tb.cn/h.fA3nu5Z?tk=sQyj2tJFNsFCZ0001 「微型温度开关 小尺寸温控开关 TB02-BB8D 70度 常闭 温度保护器」点击链接直接打开

image.png

电源输出模式说明

关于pcb我设计了很多插针用于测量和实验,具体功能如下

image.png

1.外接总输出。可以用来接其它接口模块或者直接输出,比如易于焊接的type-c公头带板模块等等。

2.无线充电接收端输出。可以接温度开关控制无线充电的温度(接收端用处不大,所以我建议短接了),也可以引出用来供电测试其它方案。

3.连接外部DCDC。如果用内部DCDC升压直接短接即可。(这一部分配合4一起用)

4.内部电池供电输出与内部DCDC升压输出切换(与3配合使用)。使用方法主要见下图

如果你没别的想法需要验证的话,在克隆到自己项目时请按照内部DCDC接法在原理图与pcb里提前连通

虚线框代表跳线帽连接,此图我已经加在接收板背部丝印处。

  • 内部DCDC

image.png

  • 外部DCDC

image.png

  • 电池电压输出

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实物图片&性能

目前接收端没有任何问题,功能测试全部正常发射端就是前面说的,线圈电感量太小,冲久了线圈发烫,我已经替换了较大的线圈,如果还烫那就还是小,测空载电流什么时候达到50mA以下应该就没问题了。希望有仪器的可以测一测差了多少。线圈发烫归线圈发烫,对芯片没什么影响,芯片一点不热,理论上0.5mm的线应该可以过1A左右的电流,这才200mA左右发烫必然不是线径过小引起的。

连接方法

杜邦线×
细飞线×
电源线√

image.png

image.png

线圈的话直接焊接就可以了

image.png

一些图片

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无线充电

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有线充电

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你也可以把它当作雪花灯底座的升级版

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最后

期待大家的二次开发和对我的错误指正,希望可以早日完善出现在大家有趣的项目中。

感谢支持我的小伙伴让我有动力从无到有制作这么个玩意儿。我的md均为全手打,感谢大家支持与喜欢。

同样的,制作时请注意安全,小心谨慎。

小插曲

这个还挺好玩

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设计图

原理图(1 / 2)
PCB

BOM

IDNameDesignatorFootprintQuantity
110uFC1,C5C06032
227nF/50V/NPO/1206C2C12061
310uF/AVX/25VC3,C4CAP-SMD_L3.5-W2.8-R-RD2
422uFC6C06031
54.7uFC7C06031

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