为无线电源系统设计一款符合 Qi 标准的接收机线圈
图 6 整流器输出与负载的关系
图 7 所示流程图描述了规定一个新的 Rx 线圈的建议方法。这种设计流程限制了屏蔽材料、线材规范和匝数。接下来，我们将逐一详细讨论。
屏蔽材料
屏蔽材料有两个主要功能：(1)为磁通量提供一条低阻抗通路，这样能够影响周围金属物体的能量线便极其少;(2)使用更少的匝数来实现更高电感的线圈，这样便不会产生过高的电阻(匝数越多，电阻越高)。
我们可以使用能够吸收大量磁通量的厚屏蔽材料(它们拥有高通量饱和点)，以防止 Rx 线圈后面的材料发热。当遇到有校准磁体的 Tx 或者 Rx 时，相比细薄的屏蔽材料，厚屏蔽材料的效率不易受到影响而降低。(这种影响的详情，请参见本文后面的“Rx 线圈电感测量”小节)各大厂商(例如：威世(Vishay)、TDK、松下、EE、Elytone和Mingstar)提供的典型材料，均可以帮助最小化效率下降。请注意，高导磁铁氧体材料(例如：铁粉等)，并非始终都好于有隙分布材料。尽管铁氧体材料拥有高导磁性，但是在屏蔽材料厚度减小时其通量饱和点较低。我们必须谨慎考虑这一因素。
Rx 线圈线材规范
权衡成本和性能，选择相应的 Rx 线圈线材规范。大直径线材或者双股线材(两条平行线)拥有高效率，但价格更高，并且会带来粗Rx线圈设计。例如，PCB 线圈可能在整体成本方面更加便宜，但相比双股线，它会产生更高的等效串联电阻。
匝数
一旦选定了线材和屏蔽材料，匝数便确定Rx线圈电感的大小。线圈电感和耦合决定 Rx 整流器输出的电压增益，以及Rx的总有效功率。图 6 显示了该电压增益目标。
确定电感目标的一般方法步骤如下：
1、 Tx 的 A1 型线圈应用作主线圈特性的基础(例如，面积为 1500mm2，电感为 24-µH，初级电压为 19V)。
2、 当所用屏蔽材料的导磁性远大于空气(>20)时，线圈面积便可以很好地表示耦合系数。请注意，这种情况仅适用于单层或者双层线匝的平面线圈。特殊线圈结构不适用该原则。为了确保合理的耦合和高效率，一个 5W 系统时，Rx线圈的线圈面积约为 A1 线圈的 70% 到 80%。这样可以确保大多数合理设计拥有约 50% 的耦合系数，并且 Tx 和 Rx 线圈之间的距离 dz 达到 WPC 规定的 5mm。
3、 根据平均预计整流器电压确定理想电压增益—例如：图 6 所示曲线图中的 6V。本例中，电压增益为 ~0.32 (6 V/19 V)。
5-V/5-W 输出电压系统的典型设计表明，耦合系数为 0.5 左右时，约10 µH 的二次电感便足以产生要求的目标电压。系统设计中，我们需要考虑两种关系：
因此，如果耦合系数从 0.5 变为 0.4，相同功率输出的电感会增加至先前电感的1.6 倍。这就意味着新电感为 ~16 µH。如方程式 5b 所示，线圈电感与匝数与比例关系。
表 1 列出了专为该系统设计的某些常见线圈的二次电感和耦合系数。
表 1 典型线圈示例表
请注意，这些经验法则适用于一般平面线圈，主要用作设计入门。实际设计可利用仿真工具获得最理想的优化，如图 7 中流程图所示。
Rx 线圈电感测量
Rx线圈电感是一个非常重要的参数，它表明了 Rx AC/DC 功率级的电气响应(例如：电压增益和输出阻抗等)。要想保持一致的响应，不同系统方案中电感的变化必须最小。由于 Qi 标准的通用性，Rx 线圈可以放置在不同类型的 Tx上，而这可能会影响 Rx 线圈电感——从而影响电气响应。
根据 WPC 规范的 4.2.2.1 小节内容，可使用图 8 所示测试配置结构，对 Rx线圈电感 L′S 进行测量。隔离垫片和 Tx 屏蔽材料为模拟 Rx 线圈周围的 Tx 组件提供了参考。在这种测试配置结构中，Tx 屏蔽为 TDK 公司的 50 × 50 × 1-mm 铁氧体材料(PC44)。利用非金属隔离垫片，使间隙 dZ 达到 3.4 mm。然后，将 Rx 线圈放置在该垫片上，使用 1-V RMS 和 100 kHz 测量 L′S。另外，在没有 Tx 屏蔽的情况下，可对无间隙 Rx 线圈电感 Ls 进行测量。
图 8 Rx 线圈电感(L′S)测量测试配置图
WPC 规范并未详细说明常见系统方案对 L′S 和 Ls 测量的影响。对这些参数最为常见的影响是在 Rx 线圈背后有一颗电池。由于封装材料和电池的构造问题，当在其背后放置电池时，Rx线圈电感通常会降低。除电池以外，Tx 线圈结构中磁体的存在，也会对电感产生影响。(参见 WPC 规范1的 3.2.1.1.4 小节内容)该磁体相当于一个 Rx 线圈屏蔽材料的压力源，其中，屏蔽材料的磁性饱和点是一个关键参数。如果磁体存在时Rx线圈屏蔽材料饱和，则线圈电感急剧下降。由于 Qi 标准对有磁体和无磁体 Tx 线圈组件都进行了规定，因此设计人员需要知道两种情况下电感的变化，因此电感的任何变化都会改变 Rx 的谐振微调。请注意，图 8 所示测试配置结构并没有包括磁体。当包括某个磁体时，其磁通量密度应介于 75 和 150 mT 之间，而其通径应为最大值 15.5 mm。这就意味着，电力传输时 Tx 线圈的典型 30-mT 磁场，约为该磁体磁场强度的 20%。
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