图 4 使用一个空气磁芯的简易电感耦合变压器

图 5 两个相互耦合线圈之间的磁场线举例

就典型 Qi 标准系统而言，耦合系数 (k) 要比使用传统变压器的情况低得多。传统变压器的耦合系数范围为 0.95 到 0.99。例如，95% 到 99% 磁通量耦合至次级线圈;但是，对于 Qi 标准系统来说，耦合系数范围为 0.2 到 0.7，也即20% 到 70%。大多数情况下，Qi 标准往往会在 Tx 和 Rx 上使用一个串联谐振电容，以缓解这种低耦合度问题。这种电容可以对谐振漏电感进行补偿。

Rx 线圈的电气需求

在某些 Rx IC 中，动态控制整流器的目标电压随输出电流变化而变化。由于整流器输出指示变压器需要的电压增益，因此除输出负载或者输出功率需求以外，必须考虑整流器的最高输出电压。如图 6 所示，1A 负载时，整流器输出范围为 ~7 到 5 V，这便决定了变压器所要求的电压增益。在根据 WPC 规范(参见本文后面的“Rx 线圈微调”小节)进行微调时，需确保 Rx 线圈可以达到 Rx IC 所需电压水平，这一点很重要。

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。

图 7 Rx 线圈设计方法流程图

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、E&E、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：