浅析软磁屏蔽材料在无线充电中的作用

无线充电在手机已经有普及的趋势，三星和苹果已经形成标配了，在穿戴领域也有很多产品，未来在家里、办公室、公共场所、出行工具、交通都会有无线充电的普及，未来还会有电动汽车的普及。

一、无线能量传输（WPT）：智能手机、智能穿戴（小功率）

无线充电的结构类似于变压器，由发射端和接收端构成，发射端和接收端都是由线圈和磁性材料构成，磁性材料有不同的选择，有铁氧体、非晶、纳米晶等。

二、软磁屏蔽材料在无线充电中的作用

隔磁屏蔽：为磁通量提供一条低阻抗通路，降低向外散发的磁力线，减少对周围金属物体的影响，防止产生涡流和信号干扰。

导磁降阻：提高耦合系数，提升磁电转换效率，使用更少的匝数来实现更高电感的线圈，降低线圈电阻，减少发热带来的效率降低（匝数越多，电阻越高）。

三、常用软磁屏蔽材料类型：

四、纳米晶导磁片充电效率比较：

模拟真实场景，在同等条件下进行对比测试，采用不同厚度的纳米晶导磁片和不同磁导率、不同厚度的铁氧体做了充电效率比较。随着厚度的增加，充电效率在不断提升，但纳米晶不是越厚越好，到0.1mm时基本饱和，因此，在设计无线充电模块时，纳米晶导磁片不需要做的太厚，会增加材料成本。铁氧体的规律与纳米晶类似，磁导率越高，充电效率越高，厚度越厚，充电效率也越高，但在同等充电效率下，纳米晶磁片的厚度仅为铁氧体的一半。

五、智能手机无线充电发展历程

2012年诺基亚推出无线充电手机Lumia 920，所用的磁性材料是硬质铁氧体。2013年一款销往海外的手机HiKe 868设计了无线充电和NFC的集成，配备的磁性材料是WPC-铁氧体（刚性） 、NFC-铁氧体（柔性）。2015年手机无线充电发生了里程碑式的变化，三星推出首款无线充电旗舰手机Galaxy S6，不仅兼容两种无线充电的标准，WPC和PMA，还配置了两种支付标准NFC和MST，匹配用的软磁屏蔽材料除了铁氧体外，首次使用了非晶导磁片，使得手机不仅做的轻薄精美，还大幅提升了无线充电效率。到2016年三星又做了改进，把磁性材料全部换成了更加先进的纳米晶导磁片，引领无线充电技术的变革，始终处于领先地位。从这几年的发展历程看，在功能上从单纯的无线充电加上了NFC和MST近场通讯的功能。磁性材料则从铁氧体逐渐过渡到纳米晶。

六、应用案例

纳米晶在无线充电的应用是从S7开始，一种材料实现所有功能，取代了非晶和铁氧体的组合。一般认为，用于NFC的软磁材料，铁氧体是最佳的，而认为纳米晶不适合，因为在高频，纳米晶的损耗远大于铁氧体，但是三星恰恰做了突破，S7的成功应用证明了纳米晶是可以用于NFC的，随后的S8/N8/A7/J5/J7等众多型号产品，将纳米晶的应用从WPC扩展到NFC和MST。

我们在发射端也做了一些尝试，用纳米晶导磁片做了几款无线充电器产品，有多工位、多功能等特色产品，性能没有任何问题，现在唯一的问题就是导磁片的成本比铁氧体高。

七、手机无线充电发展趋势：

功能：WPC→WPC+NFC→WPC/Airfule+NFC

无线充电——无线充电+——随意充

功率：5W→7.5W→10W→15W

慢充——普充——快充——闪充

八、导磁片发展趋势：

接收端：吸波材料→铁氧体→非晶+铁氧体→纳米晶

纳米晶导磁片：

薄——超薄: 0.14→0.12→0.11 →0.10

高磁导、低损耗——高Q

九、应用与普及：

小功率：手机、智能穿戴等 

中功率：电脑、厨房家电等 

大功率：电动汽车、道路等基础设施

未来，将是无线的世界，改变生活，改变世界。

目前无线充电市场出货量呈几何级爆发增长，而不久的将来，众多旗舰手机将无线充电作为标配功能，接收端的市场也会井喷。