把无线充电接收线圈装进金属机身的设备里——贴着电池、屏蔽罩、外壳内壁——两件事会同时出错:金属吃掉你的效率,而被吃掉的效率变成了热。线圈和金属之间那片薄薄的铁氧体片,就决定了这个设计是"能充电"还是"在烤电池"。本指南回答工程师最常问我们的四个问题:选型看什么、怎么对比候选、怎么判断选错了、空间不够怎么办。
为什么金属外壳里的充电线圈需要屏蔽片
Qi 无线充电通过交变磁场传能——经典 Qi 在 87–205 kHz,Qi2 MPP 固定在 360 kHz。交变磁场遇到导电表面,会在金属里感应出涡流。涡流带来三重伤害:
- 效率流失——本该进电池的能量烧在了外壳上;耦合下降,充电时间拉长
- 最不该热的地方发热——涡流加热电池和外壳;电池长期温热加速老化,还会触发降速保护
- 线圈失谐——金属改变线圈的有效电感,把谐振腔推离设计点
铁氧体屏蔽片给磁通提供一条贴着金属表面的低磁阻通道:磁力线走片子里而不是金属里——耦合回来了,电池凉快了,线圈保持设计电感。
铁氧体片还是吸波片?不同的活,不同的频段
两种材料看起来都是黑色薄片,干的事正好相反:
- 铁氧体屏蔽片——在你工作频率上高磁导率(μ′)、低磁损耗。它引导磁通。这正是无线充电线圈需要的。
- EMI 吸波片——设计上就是高损耗,把噪声能量转成热,典型工作在几百 MHz 到 GHz。它烧掉能量。把它垫在充电线圈后面,它会把你正要传输的磁场吸收掉。
一句话规则:如果目标是让磁场继续工作(NFC 的 13.56 MHz、无线充电的 87–360 kHz),选低损耗铁氧体;如果目标是消灭高频噪声,选吸波片。完整频段地图见电子与 EMI 应用页。
新项目选型时该看什么
五个参数,按真正决定结果的顺序:
- 1. 先看工作频率。Qi 1.x 工作在 87–205 kHz;Qi2 MPP 固定 360 kHz。磁导率和损耗都随频率变——数据表上 1 kHz 的 μ′ 对 360 kHz 几乎没参考价值。务必在你的频率上对比数值。
- 2. 该频率下的实际磁导率 μ′。μ′ 越高,引导磁通越多、线圈电感升得越多——通常有利于耦合,但会移动谐振点,谐振腔参数要带着片子重新校。
- 3. 该频率下的磁损耗(μ″ 或铁损)。这是效率杀手。有的片材 μ′ 很漂亮,却能把 10% 的功率烧成自己的热。87–360 kHz 下的低损耗是硬门槛。
- 4. 厚度与饱和。薄片省堆叠高度,但高功率下更早饱和。5 W 接收端几乎随便选;15 W 及以上,饱和裕量就是真正的选型指标。
- 5. 覆盖与安装。片材外沿应超出线圈轮廓 2–3 mm,贴平无气隙,绝不能横向折出死褶。背胶和模切外形都是常规工艺——给我们外形图,而不是只说"一个方片"。
拍板之前,怎么对比不同候选片材
数据表帮你把范围缩到两三个候选;上台架定胜负。真正能预测量产表现的对比项,按信息量排序:
| 测量项 | 怎么测 | 说明什么 |
|---|---|---|
| 系统效率 | 发射端输入功率 vs 接收功率,线圈贴着真实金属堆叠,逐个候选片测 | 一个数字覆盖磁通引导和片材自发热——最有含金量 |
| 温升 | 满功率 15–30 分钟后,热电偶或红外看电池/外壳表面 | 涡流是否还在往金属里钻——安全指标 |
| 充电距离(z 向间隙) | 仍能启动并保持充电的最大线圈间距 | 耦合质量——更好的片子帮你买到结构容差 |
| 线圈电感漂移 | LCR 表测线圈:裸线圈 vs 加片加金属 | 谐振腔需要重新调多少 |
典型值仅供选型参考——定型前请在你的真实设备和线圈上验证。
两个候选效率打平,选更薄的那片。你不需要的每 0.05 mm,都是跟着产品一辈子的堆叠高度和成本。
怎么判断自己选错了片
选错的片很少"坏得响亮"——它坏成一种模糊的"充电有点慢、有点热"。我们在失败设计里最常见的症状:
- 效率明显低于裸台架值——片材引导磁通不够,或在你的频率上损耗大
- 充电时手机背面或电池发热——涡流仍在进入金属;覆盖或磁导率不够
- 充电开始后又断断续续掉线——热保护或异物检测被"片材本该挡住的热"触发
- FOD 误报——涡流扭曲的磁场干扰异物检测;经常被误诊为固件问题
- 裸板测试通过,装进整机就挂——经典翻车:电池屏蔽层、金属中框、导电涂层都算"金属"
出现以上任何一条 → 先换上候选片重跑上面的台架对比,再去动固件或线圈几何。
紧凑设计:怎么减薄又不付代价
穿戴设备、耳机仓、超薄手机:问题永远是"这片子能薄到多薄才开始后悔"。诚实的答案分两半:
- 薄没问题——前提是 μ′ 够高、损耗够低。0.05–0.15 mm 的现代柔性铁氧体能覆盖大多数 5–15 W 接收端。你为"薄"付出的是材料等级的钱,不一定是性能。
- 薄的失效方式是饱和,不是屏蔽不够。功率上去后,薄片里的磁通密度一路爬到材料饱和、局部失效——效率下跌,饱和点正上方出现热点。15 W 及以上的设计,除了 μ′ 还要问饱和特性。
还有两个谁都不能省的角落:覆盖(空间再紧也要保住 2–3 mm 的外沿——缩线圈,别缩片子)和气隙(0.1 mm 的气隙亏掉的性能,比 0.1 mm 的片厚省回来的还多)。
双功能设备:很多产品在同一块电池上方同时有无线充电线圈(kHz 级)和 NFC 天线(13.56 MHz)。两个频率的最优磁导率不同,共用一片就是妥协——把两个功能都告诉我们,我们来提叠层方案。NFC 侧详见NFC 铁氧体片指南。