知识点 | 无线充电热管理：挑战与解决方案
本文原刊登于Ansys.com：《Thermal Management in Wireless Charging: Challenges and Solutions》
作者：Pavani Gottipati | Ansys应用工程经理；Jingchen Liang | Ansys高级应用工程师
无线充电器可通过电磁感应，在不直接进行电接触的情况下执行电能传输，因此无需繁杂的电缆电线连接，便可为我们的手机、手表、平板电脑以及耳机等设备供电。然而，随着对电子设备更快充电的需求不断增加，热管理对于防止过热问题愈加重要，尤其是在电子设备变得更小、更便携之际。
导致无线充电器过热的因素是什么？
导致无线充电器过热的因素是什么？
无线充电器使用电磁感应，将能量从充电器发射器线圈传输至设备接收器线圈。在充电过程中，您可能会注意到，设备和充电器接触时会发热。这是由于，充电器组件中的电磁损耗会引起的功率耗散，从而产生热量。
Ansys Maxwell中无线充电智能手表的仿真磁通强度矢量和整体损耗分布
无线充电过程中的能量传输
无线充电过程中的能量传输
电能先由设备的发射线圈转换成磁场，然后由接收线圈转回电能。
如果要限制能耗并最大限度提高充电效率，发射器线圈和接收器线圈的正确对齐必不可少。因此，一般充电器和接收器中的磁铁会在达到适当充电位置时，会给用户“锁定”的感觉。
无线充电器散热挑战
无线充电器散热挑战
除了需使线圈对齐外，无线充电器还会面临独特的散热挑战，而必须解决这些挑战，才能确保用户安全与设备性能。
设计紧凑：紧凑的外形，给散热系统设计带来了巨大限制。
符合标准：必须符合法规要求，才能确保充电器在安全工作限制范围内（皮肤疼痛感温度阈值为44°C）运行。
条件多变：无线充电器必须能够适应负载和环境温度等的实时变化。
制定高效热管理策略
制定高效热管理策略
与其它电子产品面临的热管理挑战类似，无线充电器的主要热管理挑战也是基于对更快充电和更小设备的要求。消费者想要的是一种既可便捷充电，又能随身放在口袋里的产品。但要使智能手表或其它小型消费类电子设备的整体封装小型化，添加风扇等大型散热解决方案可能并不可行。工程师在设计小型空间解决方案时，会遵循安全热阈值，他们通常会把目光投向下列等备选散热方法。
材料选择：选择比树脂材料导热性更高的硅基材料等材料，以帮助提高智能手表外壳等的散热性。
组件布置：通过参数扫描研究优化组件位置与尺寸，以防止发热组件聚集。
通风：在组件周围加入自然气流或强制气流，以实现热量耗散并促进散热。
隔热：使用可最大限度减少向相邻区域传热的材料包围发热组件。
散热片：提供路径和较大的表面积，有助于通过散热片将热量从热源带走。
系统效率分析：对无线充电器的磁、热及电源电子方面进行考量，有助于评估系统性能，从而可为消费者带来更快速的充电体验。
在考虑材料选择、组件布置和外壳类型等不同热管理选项时，设计人员有很多选择。利用无线充电器设计仿真，电子设计人员不仅可验证其热管理策略，而且还可在执行原型设计之前优化其设计。Ansys Maxwell、Ansys Icepak和Ansys Granta等仿真软件，可帮助设计人员了解每种选择将对他们各种性能场景的目标产生何种影响。
无线充电器热管理的未来是什么？
无线充电器热管理的未来是什么？
热管理可使我们的设备在充电时保持低温状态，进而可在保持电子设备安全性和使用寿命的同时，确保快速高效的能量传输。以下所示的全新散热创新将为我们多彩的“赛博生活”注入新的活力，使无线充电变得更快速、更便捷。
连续充电：只要设备在无线充电器的覆盖范围内，即可通过无线电波为其充电。
嵌入式充电器：将无线充电技术融入日常生活的各种场景，包括公共交通与家具等。
通用标准：通过为用户带来跨设备类型和制造商的无缝充电，实现全球充电兼容。
