15W无线充电方案设计：从电磁感应原理到调试与FOD实战

无线充电这四个字，这几年在手机配件、车载支架、桌面家具、工业传感器甚至电动工具上都冒了出来。我这几年从 5W 的小板子一路摸到 15W 的方案，最深的一点体会是：这玩意儿看着简单，两个线圈一贴就能亮灯，但真要做得效率高、温升低、对位宽松、异物放上去不出事，每一步都是坑。所谓"简介"，网上翻来覆去就是"电磁感应""磁共振"两个词，然后配一张能量流箭头图，看完还是不知道线圈该绕几匝、谐振电容怎么选、为什么我做的板子一放硬币就烫手。

这篇文章我按自己实际做板的顺序来写：先讲清楚无线充电到底在什么场景下值得用、几条技术路线怎么分；再把 15W 这一档的能量链路拆开，把耦合系数、品质因数、谐振补偿这几个卡脖子的点讲透；然后是线圈、磁材、功率管的具体选型和参数计算过程；接着是完整的调试流程和实测数据；最后是常见故障的排查表和几个我踩过、也希望你别再踩的坑。看的人可能是做消费电子配件的，也可能是做工业设备或者单纯想自己搭一套玩玩，我都会尽量把"为什么这么选"讲清楚，让你换个功率、换个尺寸也能照着推。

1. 无线充电到底在解决什么问题，以及三条路线怎么分

1.1 从使用场景反推：什么情况下值得上无线充电

先说个实话：无线充电在能量效率上永远打不过一根铜线。同一颗电芯，有线充从 0 到 100% 可能只要 60 分钟，无线充要 90 分钟，中间还多损耗 15% 左右的电，发热也更明显。所以如果你的判断标准只是"充得快不快"，那这东西在绝大多数场合都不成立。

它真正值钱的地方是另外几件事。一是接口腐蚀和插拔寿命，像厨房小家电、浴室里的设备、户外传感器这类潮湿、多尘、频繁插拔的环境，接插件是故障率最高的一环，把接口干掉，整机寿命直接上一个台阶。二是电气隔离，医疗、工业检测这类场合不允许金属触点裸露，无线传能天然隔离。三是自动化，仓储机器人、巡检小车、水下设备回坞自动补电，没人愿意天天给几十台设备插线。四是形态自由，全密封外壳、无孔设计、一体成型，这对产品设计的意义远大于充电本身。

所以判断标准其实很简单：如果你的产品痛点是"插拔"而不是"充电速度"，无线充电就有价值；如果痛点纯粹是速度，那老老实实上快充线。这个前提想清楚了，后面的功率等级、成本预算、技术路线才有意义。我见过不少项目，一开始被"无孔化"的美感打动，做到一半发现 5W 的功率撑不起设备的耗电，最后退回接触式触点，白折腾三个月。

1.2 三种主流路线的物理差异和适用边界

市面上能落地的无线充电，物理原理就那么三条路，搞清楚它们靠什么传能量，边界自然就出来了。

电磁感应式是绝对的主流，手机、耳机、手表、电动牙刷基本全是它。原理跟变压器一模一样：发射线圈通高频交流电产生交变磁场，接收线圈在磁场里感应出电动势。特点是距离极近，典型工作间距 3 到 8 毫米，对位偏差一般不超过线圈直径的三分之一，但效率高，做得好能到 80% 以上，功率密度也高。这条路线的所有设计难点，本质上都是在和"距离近、对位严"这两个约束搏斗。

磁耦合谐振式（常被简称为磁共振）在感应式基础上给两边线圈都加了谐振网络，让发射和接收工作在同一个谐振频率上。它的好处是耦合变弱的时候能量还能传得动，工作距离可以拉到几厘米甚至十几厘米，而且可以一对多。代价是效率随距离下降得很快，线圈 Q 值要求高，控制复杂。电动车、机器人自动回充、一些工业场景更偏向这条路线。

电场耦合式用两块金属极板构成电容来传能量，介质是电场而不是磁场。它的独特优势是不怕金属异物——磁场方案里最头疼的硬币、钥匙问题，对它基本不存在，而且极板可以做得很薄、很轻，适合超薄设备。缺点是耦合电容小、需要高电压、功率做不大，目前更多出现在一些特殊形态的产品上。

还有一类射频/微波辐射式，原理和雷达、通信发射机一样，把能量以电磁波形式打出去。它的想象力在"几米距离"上，但端到端效率通常在个位数到百分之十几，功率密度低，工程上更多是低功耗传感器的补电方案，离给手机快充还差得远。我把它列出来只是让大家知道有这么个东西，做产品选型时基本可以排除。

1.3 消费电子为什么最后都收敛到电磁感应

这个问题我琢磨过挺久。理论上磁共振的距离优势那么明显，为什么手机不用？答案在能量密度和体积的硬约束上。

手机的接收端线圈要塞进 8 毫米厚的机身里，周围全是金属中框、电池、摄像头模组，能给线圈和隔磁片的空间只有零点几毫米。在这种尺寸下，把耦合系数做到 0.4 以上靠的就是"贴得足够近"，一旦距离拉到 3 厘米，k 值会掉到 0.05 以下，效率直接崩盘。而磁共振要补偿这种弱耦合，需要高 Q 值线圈和精确的频率跟踪，这两样在小体积、成本敏感、还要塞进金属机身的消费电子里都很难成立。

反过来说，工业场景里空间宽松、成本容忍度高、对效率没那么敏感、但特别在意"停不准也能充"，磁共振就有它的位置。所以技术路线没有优劣，只有匹配。我做选型时一般先问三个问题：收发两端的最大间距是多少？对位精度能做到多少？整机效率的最低可接受线在哪？这三个答案基本就把路线定死了。

2. 能量链路拆解：一次 15W 充电里到底发生了什么

2.1 从适配器到线圈：四级变换的完整路径

拿一套典型的 15W 方案举例，能量从墙上的适配器到手机电芯，一共要经过四次形态变化，每一次都有损耗，也都有对应的设计取舍。

第一级是适配器，把交流市电整流滤波成直流，现在普遍用反激或准谐振拓扑，效率 88% 到 92%。这一级跟无线充电关系不大，但它输出的电压纹波会直接影响到后级，纹波大的廉价适配器会让逆变桥的工作点漂移，实测过一款 12V/2A 的适配器，满载纹波接近 200mV，直接导致发射端电流采样误判，通信丢包率飙升。

第二级是逆变，发射端把直流重新变成高频交流，频率一般在 87 到 205 千赫兹这个区间。这是整个系统里最核心的一级，因为它决定了线圈上磁场的强度和频率稳定性。拓扑上用全桥或者半桥，小功率用半桥省钱，15W 以上基本全桥，因为半桥的电压利用率只有一半，同样的输入电压下线电流要翻倍，线圈和 MOS 的损耗都上去了。

第三级是磁耦合，能量以磁场形式从发射线圈跨过空气隙传到接收线圈。这一级的"效率"不是固定的，它跟间距、对位、线圈参数强相关，也是用户实际体验波动最大的地方。同一块板子，正对着放效率 82%，偏 5 毫米掉到 76%，偏 10 毫米可能只剩 68%。

第四级是整流稳压，接收端把感应到的高频交流整流成直流，再经过稳压或者直充给电池。这一级现在主流用同步整流，用 MOS 管替代肖特基二极管，能把整流损耗从 1.5W 压到 0.5W 以内。别小看这一个瓦，在 15W 系统里，1 瓦就是 6 个百分点的效率。

2.2 损耗分布：为什么整机效率卡在 80% 上不去

很多人第一次做无线充电，发现输入 18 瓦、输出 12 瓦，效率只有 66%，就开始怀疑自己绕的线圈有问题。其实得先看清楚损耗到底分布在哪里。我实测过一套调试到位的 15W 方案，各环节的损耗大致是这样：

加起来大概 21% 到 35%，对应整机效率 65% 到 79%。做得好的方案能到 82%，靠的不是某一项的黑科技，而是每个环节都抠掉一两个点。

这里有个容易被忽略的点：线圈上的损耗和频率是正相关的。趋肤效应会让高频电流集中在导线表面，等效交流电阻比直流电阻大好几倍。18 万赫兹下，直径 0.8 毫米的实心铜线，交流电阻大约是直流电阻的 3 倍。这也是为什么中高功率方案几乎无脑上利兹线——多股细线绞合，每股之间绝缘，能把这个倍数压到 1.2 左右。

2.3 耦合系数与品质因数：决定效率的两个硬参数

这两个参数是无线充电设计里最需要盯住的东西，理解了它们，很多"为什么"就自动有答案了。

耦合系数 k描述的是两个线圈之间的磁通交链程度，取值 0 到 1。两个线圈完全重合、紧紧贴在一起，k 接近 1；离得越远、偏得越多，k 越小。手机无线充的典型值在 0.35 到 0.6 之间，间距 5 毫米、外径 45 毫米的线圈，实测 k 大概是 0.45。这个数字决定了"有多少磁通真正穿过了接收线圈"，剩下的都是漏磁，漏磁不传能量，还会在周围的金属件上产生涡流发热。

品质因数 Q描述的是线圈储能与耗能之比，公式是 Q 等于角频率乘以电感再除以交流电阻。Q 越高，线圈越"纯"，谐振时的电压增益越大，同样的输入能传更远。手机侧线圈的 Q 一般在 50 到 90 之间，发射端因为空间大、可以用更粗的线，能做到 100 以上。

关键在于，效率和这两个参数的乘积强相关，粗略地说，最大可传输效率大致随 k 和 Q 的乘积增长。这就解释了很多现象：为什么加大线圈直径能提升效率（k 变大）、为什么用利兹线能提升效率（交流电阻小、Q 变大）、为什么偏位后效率掉得快（k 掉了）。也解释了为什么不能无限加大线圈——手机内部空间就那么大，而且线圈大了自感也大，谐振电容就要变小，工艺上更难控制。

2.4 谐振补偿网络为什么非加不可

线圈本身是个电感，电感上的电流不能突变，直接驱动的话，逆变桥每次开关都会产生巨大的电压尖峰，MOS 管分分钟击穿。所以必须加电容构成谐振网络，让电流和电压按正弦规律变化，逆变桥工作在软开关状态，损耗和应力都下来了。

补偿方式有串联补偿、并联补偿、以及各种复合网络（LCL、LCC 之类）。选哪种，核心看两件事：发射端希望看到什么样的等效负载，接收端希望输出什么样的源特性。

串联补偿（接收端串电容）的好处是输出电压比较稳定，负载变化时输出电流能力强，适合做恒流充电；并联补偿的输出电压更稳，但轻载时谐振回路环流大，待机损耗高。工程上常见的是发射端串联、接收端串联（SS 结构），因为结构简单、元件少、成本低，缺点是负载变化时输出特性偏软，得靠闭环控制补。LCC 补偿在网络复杂度上高一个档，但它能把发射线圈电流恒定住，对多接收端或者位置变化大的场景更友好，工业上用得更多。

我自己的经验是：15W 以下的单对单方案，SS 结构足够，把闭环做稳比换拓扑收益更大；如果要做 30W 以上或者要求宽对位，再考虑 LCC。

3. 关键器件选型与参数计算

3.1 线圈：匝数、线径、形状之间的三方拉扯

线圈是整个系统里最"手工"的部分，也是最容易做出差异的地方。它有三个互相打架的参数。

电感量决定谐振频率，也决定谐振电容的大小。通常手机无线充的发射线圈电感落在 10 到 24 微亨，接收线圈 8 到 15 微亨。电感太小，谐振电流大、铜损高；电感太大，谐振电容要很小，几纳法级别的电容对容差极其敏感，温漂几个百分点频率就跑偏了。

交流电阻直接决定铜损。在给定电感的前提下，降低交流电阻的办法是增加导线总截面积、用利兹线、优化绕制排布。我一般控制发射线圈的交流电阻在 150 毫欧以内，接收线圈在 200 毫欧以内，超过这个值，满载温升就很难压在 30K 以下。

尺寸与形状影响耦合系数和抗偏位能力。圆形线圈的磁场分布集中，正对时 k 大，但偏位后掉得快；方形或椭圆形线圈在某个方向上的容差更好，适合车内支架这类"放上去不一定正"的场景。经验数据是：线圈外径每增加 10%，正对耦合系数大约提升 3% 到 5%，但对位容差基本不变，因为容差主要由线圈直径的绝对值决定，一般能容忍的偏移是直径的 1/4 到 1/3。

关于绕法，我踩过一个坑：早期用单层密绕，匝间距几乎为零，结果分布电容大，自谐振频率被拉到 400 千赫兹附近，工作频率一接近就出现阻抗畸变，波形上能看到明显的畸变。后来改成匝间距留 0.3 到 0.5 毫米，分布电容降下来了，问题消失。这个细节几乎所有的资料里都不会写，但自己做板一定会遇到。

3.2 磁材与屏蔽：隔磁片不是可选件

发射线圈背后贴的那片深灰色薄片，很多人以为是绝缘用的，其实是隔磁片，通常是锰锌铁氧体或者非晶、纳米晶材料。它的作用是给磁通提供一条低磁阻回路，把本该往后跑的磁力线"掰"到前面去，一方面提高耦合，另一方面防止磁场打到后级电路或者金属外壳上造成涡流发热。

没有隔磁片会怎样？我做过对比：同一套线圈，去掉隔磁片后正对耦合系数从 0.45 掉到 0.28，效率掉了 12 个百分点，同时线圈背面的铝板在 30 秒内升到 70 度以上。这不是危言耸听，涡流发热在金属上是非常直接的。

隔磁片的选型看三个指标：磁导率（一般 100 到 3000 之间，越高聚磁能力越强，但高频损耗也越大）、饱和磁通密度（要能承受工作时的峰值磁场，否则会饱和失效）、厚度（常见 0.3 到 1.0 毫米，越厚屏蔽效果越好，但占空间）。15W 方案一般用 0.5 毫米左右、磁导率 150 上下的锰锌片，性价比比较平衡。

注意：隔磁片很脆，绕线后压合时如果不平整，容易产生裂纹，裂纹处磁阻突变，会导致局部过热。我一般会在片子和线圈之间垫一层薄青稞纸，压合后做一次外观检查。

3.3 功率级拓扑与开关器件：别只看导通电阻

15W 系统的发射端输入一般是 12V，线圈电流有效值在 3 到 4 安，峰值可能到 6 安。这个量级下，逆变桥选 MOS 管不能只盯着导通电阻看。

栅极电荷 Qg决定了驱动损耗。工作频率 180 千赫兹，Qg 每增加 10 纳库，驱动损耗大概增加 0.1 瓦，看着不多，但四个管子加起来就明显了。输出电容 Coss决定开关损耗，硬开关状态下每次开通都要把 Coss 的能量消耗掉，这部分和频率成正比。所以我一般选 Qg 在 10 纳库以内、Coss 在 200 皮法以内的器件，导通电阻控制在 20 毫欧以下就够用。

死区时间是个容易被忽略的参数。设太小，上下管直通，瞬间炸管；设太大，体二极管导通时间长，损耗上来还容易引发寄生振荡。180 千赫兹下我一般设 80 到 120 纳秒，然后用示波器看桥臂中点波形，确认没有明显的体二极管导通平台。

接收端的整流同样关键。用肖特基二极管，正向压降 0.4 伏，3 安电流下损耗 1.2 瓦，直接吃掉 8 个百分点效率。换成同步整流，用 20 毫欧的 MOS，损耗降到 0.18 瓦，差距是数量级的。同步整流的难点在于驱动时序要和线圈电流过零点对齐，对不准会出现反向导通，反而更糟。这个我用电流互感器取样加比较器做过，也用过芯片自带的检测脚，前者灵活、后者省事。

3.4 通信与控制：数字 ping 和双向数据流

发射端怎么知道上面放了个什么东西？靠数字 ping。发射端每隔 400 到 500 毫秒发一个很短的能量脉冲，然后立刻检测线圈的谐振衰减波形。如果是手机，接收端会在这个窗口里发回应答，同时通过改变负载把身份信息调制回来；如果是一块硬币，没有应答，波形衰减速度也不一样；如果是空载，衰减最快。

这个机制是整个系统的安全基石。我见过有人为了省事，把 ping 频率做成连续输出，结果设备一拿走，线圈就一直满载空烧，半小时后线圈发黑。

正常充电建立后，双向通信是这样分工的：接收端到发射端走 ASK，接收端切换一个并联电容，改变自身等效负载，发射端就能在线圈电流的幅度上看到微小波动（通常只有 0.1% 到 1%），解调出来就是控制误差包，告诉发射端"功率大了还是小了"。发射端到接收端走 FSK，通过微调工作频率来传递信息，接收端检测频率变化。

这里有个实操细节：ASK 的调制深度极浅，发射端的电流采样链路信噪比必须够。我一开始用电流感加运放，噪声太大，通信误码率超过 10%，充电频繁中断。后来改成差分采样加窄带滤波，把采样带宽限制在 2 千赫兹以内，误码率降到千分之一以下。代价是响应变慢，控制环路的带宽要相应下调。

3.5 一组完整的谐振参数计算实例

拿具体数字走一遍，比讲公式有用。

设定目标：输出 15W（5V/3A），工作频率取 180 千赫兹，发射线圈电感 12 微亨，接收线圈电感 12 微亨。

谐振电容按 f = 1/(2π√(LC)) 反推：

f = 180 kHz, L = 12 uH C = 1 / ((2 * pi * f)^2 * L) = 1 / ((2 * 3.1416 * 180000)^2 * 12e-6) = 1 / ((1.131e6)^2 * 12e-6) = 1 / (1.279e12 * 12e-6) = 1 / (1.535e7) = 65.1 nF

所以发射端和接收端各需要约 65 纳法的谐振电容。实际选型不能就这么算完，还要考虑三点：

电容的耐压和电流能力。谐振回路里的电压是输入电压的好几倍，12V 输入下，电容两端峰值电压可能到 80 到 100 伏，所以耐压至少选 250V。电流方面，3 安有效值通过 65 纳法电容，需要选多颗并联，单颗 1210 封装的 C0G 电容额定电流通常只有 1 到 2 安，我一般用 4 到 6 颗并联，顺便把容差也平均掉。

温度特性。C0G 材质温漂在 ±30ppm/°C，从 -20 度到 60 度，容值变化不到 0.3%，频率偏移可以忽略。换成 X7R，容值随温度和直流偏压能变 ±15%，频率直接偏出十几千赫兹，谐振点跑掉，效率断崖式下跌。这钱不能省。

容差匹配。电容标称精度 ±5%，加上 PCB 走线的寄生电感（几纳亨到几十纳亨），实际谐振点会偏。我的做法是把电容设计成 4 颗 15 纳法加 1 颗 4.7 纳法的组合，留出微调位，调试时通过增减那颗小电容把谐振点拉到目标值。

顺带算一下 Q 值：角频率 1.131 兆弧度每秒，乘以 12 微亨得到感抗 13.6 欧，线圈交流电阻实测 0.15 欧，Q 约等于 90。这个数值是合格的，实际由于磁材损耗会低一些，实测在 75 到 85 之间。

4. 实操：从零搭一套 15W 模组

4.1 物料清单与测试环境搭建

动手之前先把东西备齐，我列一下自己那套配置，功率不同按比例调整就行。

测试环境上有个必须强调的点：工作台面上不要有金属。我第一次调试的时候桌上放着一把镊子，正好在线圈旁边，上电三十秒镊子就烫得不敢碰，同时效率读数比正常低了 8 个百分点，白白排查了一个下午。后来养成习惯，线圈周围 10 厘米内的金属物件全部清空，并且用一张纸板画出禁区。

4.2 分阶段上电：从空载波形到满载闭环

上电千万别一次性拉满，我按四个阶段走。

第一阶段，空载低压。把输入电压降到 5 伏，占空比给到最小，只看桥臂中点波形是不是干净的方波，有没有振铃。正常情况下应该看到边沿陡峭、顶部平整的方波，如果顶部有凹陷或者边沿有明显过冲，说明驱动能力不够或者布局寄生电感太大。这一步最容易暴露 PCB 布局问题，尤其是栅极驱动回路的走线太长。

第二阶段，接谐振网络，不接接收端。这时候发射端是空载谐振，线圈电流会比较大，因为 Q 值高、阻尼小。我一般把输入电压控制在 6 伏以内，观察线圈电流波形是不是正弦、有没有畸变。如果波形顶部被削平，说明磁材接近饱和或者电容容量不对。

第三阶段，放上接收端，接假负载。先接 10 欧的功率电阻，输出电压应该稳定在 5 伏附近。这时候用电流探头同时看发射线圈电流和接收线圈电流，两者应该是同频的，相位差反映耦合的好坏。调整两线圈的间距，能看到接收电流随距离变化，这一步就是标定对位容差的实测。

第四阶段，闭环满载。接电子负载拉 3 安，观察输出电压是否稳在 5 伏 ±3%，同时用红外热像仪扫一遍板子。重点看三个位置：MOS 管、谐振电容、线圈中心。正常情况下满载运行 30 分钟，MOS 壳温不超过 85 度，电容表面不超过 70 度，线圈中心温升不超过 35K。

实测数据记录如下：

从这组数据能看出来两件事。一是偏移比间距更致命，偏 8 毫米的效率损失和间距拉大 3 毫米差不多，这跟磁场分布的形状有关，正对时磁力线密，一偏就漏。二是轻载效率并不比满载高多少，因为固定损耗（控制电路、驱动、磁材损耗）在那摆着，这也是为什么很多无线充在给耳机这种小功率设备充电时效率特别难看。

4.3 通信联调：最折磨人的一环

功率链路调通只是及格，通信不通等于没法用。我调试通信的顺序是这样的。

先在发射端单独验证解调能力。用一个信号发生器模拟接收端的负载调制波形，频率 2 千赫兹，调制深度 0.5%，注入到电流采样链路，看解调输出能不能还原出正确的比特流。这一步能排除采样、滤波、比较器阈值的问题，如果这里就不通，后面的都别谈。

然后两端联调，用逻辑分析仪同时抓发射端的解调输出和接收端的发送数据，对比内容是否一致。最常见的现象是前几个包能收到，后面开始丢，这通常是控制环路带宽和通信速率打架——发射端为了快速响应负载变化，把采样滤波做得太窄，结果把通信的高频成分也滤掉了。我的处理办法是把通信和控制分成两条独立的采样链路，控制用慢速平均，通信用宽带采样加数字滤波，互不干扰。

还有一个隐蔽的坑：接收端供电不稳定导致通信中断。接收端芯片靠线圈取电，输出功率一变化，供电就波动，芯片复位，握手断掉，发射端重新 ping，用户感觉就是"充一会儿停一会儿"。解决办法是在接收端加足够的储能电容（我用了 100 微法以上），并且让芯片的欠压锁定阈值留足余量。

5. 常见问题排查与安全设计

5.1 故障速查表：从现象反推原因

现场遇到的问题大多有规律，我整理了一张表，按现象查比瞎猜快得多。

这张表我贴在工位上，实际排查时能省掉一半时间。要注意的是同一个现象可能对应多个原因，比如"效率低"这一条，必须先排除谐振点偏移这个最常见的原因，再去看别的。

5.2 异物检测：安全设计的最后一道闸

金属异物在交变磁场里会感应出涡流，涡流产生热。一枚一元硬币放在 15W 的发射线圈上，30 秒内表面温度能到 60 度以上，一分钟能到 90 度，如果上面盖着一张纸或者一块塑料，根本看不出来，等闻到焦味就晚了。所以异物检测（FOD）不是加分项，是必须项。

工程上有三种实现方式，成本和可靠性递增。

功率损耗法是最常用也最便宜的。发射端测量输入功率，通过通信包读取接收端的输出功率，两者之差如果大于阈值（一般设 300 到 500 毫瓦）并持续一段时间（3 到 5 秒），就判定有异物，停止输出。这个方法的软肋是依赖通信可靠性，一旦通信断了就没法判断，所以要配合"通信超时即断电"的策略。另外，本身效率低的时候（比如严重偏位），损耗会天然超过阈值，容易误判，所以阈值要做成随功率等级自适应的。

Q 值法在数字 ping 阶段做。发射端在正式传能前发一个测试脉冲，测线圈的谐振衰减时间，据此算 Q 值。没有异物时 Q 值稳定在一个基准附近，放上金属后 Q 值会明显下降。这个方法的优点是不依赖通信、在传能前就能判断，缺点是对环境敏感，不同的桌面材质、不同的对位都会影响 Q 值，需要做温度补偿和基准自适应。实际做法是先记录环境基准，再判断当前值是否偏离超过 15%。

温度法是兜底。在线圈附近贴 NTC 或者用芯片内置的温度传感器，检测温升速率，超过设定斜率就断电。它的响应慢，但不受通信和算法影响，是最可靠的最后一层。

我的方案是三层全上：Q 值法做前置筛查，功率损耗法做实时监控，温度法做兜底。三个条件任何一个触发都停充，宁可不充也不能出事。

# 简化的 FOD 判定逻辑示意 LOSS_THRESHOLD_MW = 500 SUSTAIN_MS = 3000 TEMP_RISE_LIMIT = 45 # 摄氏度 def check_fod(p_in, p_out, temp_now, dt): loss = p_in - p_out if loss > LOSS_THRESHOLD_MW: fdc_accum += dt if fdc_accum > SUSTAIN_MS: return "STOP: power loss" else: fdc_accum = 0 # 未超阈值立即清零，避免误累积 if temp_now > TEMP_RISE_LIMIT: return "STOP: over temperature" return "OK"

注意：上面这段累积计时的写法里，超阈值时累加、未超阈值时清零，是故意这么做的。如果做成"超阈值的总时长累计"，正常充电时的效率波动会慢慢把计数器堆满，最后误触发断电。

5.3 从样机到量产还要补的几课

样机能在桌上跑通，离能卖还差着几个数量级的工作量，我把最容易翻车的几点列出来。

一致性。手工绕的线圈，电感量分布能到 ±8%，谐振点差异明显，同一批板子有的效率 82%，有的只有 74%。量产必须控制线圈的一致性，用定制的绕线机加电感筛选，把公差压到 ±3% 以内，同时谐振电容也要按实测值配对。

元件的温漂。样机上用的是实验室常温，量产机器可能在 -10 度到 55 度的环境里工作。谐振电容的容值随温度变化，磁材的磁导率也会变，两者叠加会让谐振点漂移十几千赫兹。设计时要留出至少 ±10% 的频率裕量，并且让控制环路能自动跟踪谐振点。

电磁干扰。15W 系统在 180 千赫兹附近的辐射不小，而且谐波会往上延伸到几兆赫兹。做整机时要考虑线圈和金属外壳之间的耦合、走线的环路面积、以及必要的屏蔽。有些方案为了省钱省掉共模电感，在实验室测没问题，装到整机上就超标，返工的成本远高于那几个元件。

机械公差。壳体的厚度、线圈的装配位置、隔磁片的平整度，都会直接影响耦合系数。设计时要把这些公差累加进去，保证最差情况下仍能维持额定功率，一般预留 20% 的功率余量。

6. 几个我踩过之后才明白的点

最后说几个不太容易在资料里看到、但实实在在影响结果的经验。

第一件事是先定机构、再定电气。我早期做项目，先花两周把电路调到 82% 效率，然后交给结构做外壳，结果外壳一做，线圈间距从 4 毫米变成 7 毫米，效率掉到 71%，等于白干。后来学乖了，先把间距、对位、装配公差这些机械约束锁死，电气参数围着它转。这个顺序反过来，返工的概率极高。

第二件事是别迷信标称参数。线圈供应商给的交流电阻是在 100 千赫兹下测的，实际工作在 180 千赫兹，阻值要高 30%。磁材的磁导率是在 25 度、低磁通密度下测的，满载高温下能掉 20%。所以关键参数我都自己实测一遍，尤其是线圈的 Q 值和谐振点，用的是自己搭的阻抗分析小电路，成本几十块，比信数据手册靠谱。

第三件事是关于温升和降额。很多方案标称 15W，实际连续跑 20 分钟就自动降到 10W，因为温升触发了保护。用户感受到的是"充得慢"。要真正维持 15W，散热设计要按 20W 的热量来留余量，线圈、磁片、MOS 三处的热通路都要考虑，不能只贴一片散热片了事。我一般会要求满载 60 分钟后各关键点温升不超过 45K，这样即使环境温度 40 度，也不会触到保护线。

第四件事，也是我觉得最有意思的一点：无线充电的设计本质上是在做减法。空间、成本、效率、距离、对位容差，五个变量互相拉扯，你不可能全都要。每次定方案，我都先把这五项按项目优先级排个序，牺牲掉最不重要的那一两个，剩下的才有优化空间。想清楚这一点，比多背几个公式管用得多。