ワイヤレス給電の基板レイアウトは、コイルだけを配置して終わりではありません。送電側と受電側では回路の役割が異なり、外付けコイルか基板パターンコイルかによって、基板上で確認すべき範囲も変わります。本記事では、コイルを用いるワイヤレス給電方式を対象に、基板レイアウトの確認ポイントを整理します。

重要ポイント最初に送電側・受電側とコイルの形式を特定し、次に電力の往路とリターン経路、検出・通信信号を図面上で追います。配線幅や部品間隔を一律に決めず、採用するICとコイルの資料に照らして確認することが重要です。

まず送電側・受電側とコイルの形式を確認する

送電側は電力をコイルに供給し、受電側はコイルで受けた電力を整流して後段の回路へ渡します。送電側で注目する駆動・共振回路と、受電側で注目する整流後の出力や検出信号は同じではありません。レイアウトの前に、自分がどちらを設計しているかを明確にしてください。

外付けコイルなら、基板では接続端子、周辺部品、配線および筐体内での位置関係が主な確認対象です。一方、基板パターンコイルでは、導体の形状や層構成も基板設計そのものに含まれます。後者を外付けコイルの単純な置き換えとして扱うことはできません。

コイル周辺で確認したいレイアウト

まず回路図と実装図で、コイル端子、共振部品、送電用ドライバまたは受電用ICの接続をたどります。部品の置き場所を先に決めるのではなく、採用ICのデータシートや評価基板の図と照らし、どの経路に大きな電流や変動電圧が生じるかを確認します。

例えば、送電ICの公式資料には、共振回路の高電圧ノードを局所化し、入力側のスイッチング電流ループを小さくするよう求める例があります。ただし、その部品配置や数値を別のICへそのまま移すことはできません。コイル付近の銅箔、シールド材、電池や筐体の金属部品についても、採用するコイルと完成品の構造を前提に影響を確認します。

電力の往路とリターン経路を一緒に見る

太い電源配線を一本引いても、電流が戻る経路まで成立していなければ設計確認は終わりません。送電側では入力コンデンサからスイッチ、共振回路、グラウンドへ戻る経路を、受電側ではコイル入力から整流・出力を経て電流が戻る経路を、実際の回路構成に合わせて追います。

受電ICの公式レイアウト資料でも、電力配線とリターンの接続を先に検討し、その後で小信号配線を配置する手順が示されています。配線の抵抗や電圧降下、接続部、ビアを確認する理由はここにあります。必要な配線幅、銅箔厚、層構成は目標電流や温度条件で変わるため、この記事では共通の寸法を提示しません。

検出・通信信号を電力経路と区別する

電力を扱う経路の近くには、電流検出、温度検出、通信などの小さな信号を運ぶ配線が存在する場合があります。受電ICの公式資料は、電力・ノイズ・検出信号を分けて扱い、検出配線への干渉を確認するよう示しています。また、ある送電ICでは電流検出抵抗からの配線にケルビン接続を指定しています。これらは各ICに適用される具体例であり、全方式に同一の配線方法を要求するものではありません。

レビューでは、対象ICのピン機能を確認し、検出線がどのノードを通り、どこを基準に戻るかを追ってください。グラウンドを機械的に分割するのではなく、指定された基準点とリターンの連続性を確認します。発熱・EMIの改善や異物検出の調整は別の検証課題として扱い、本篇ではレイアウト段階で見落としやすい信号経路に絞ります。

基板パターンコイルなら追加で確認すること

コイルを基板上の銅パターンで構成する場合は、形状、導体構成、層の使い方がコイル特性に関わります。一般の接続配線とは異なり、パターン自体が電力伝送の要素です。外付けコイルと同等の動作を前提にせず、対象となる送受電回路と組み合わせて特性を評価してください。

とくに筐体や金属部材との位置関係は基板単体の図面だけでは判断できません。試作では完成品に近い積層・固定状態で動作を確認し、設計データと実装条件の差を記録しておくと、次の改版で判断しやすくなります。

設計レビュー前にそろえたい資料

最後に、送電・受電の区分、ICの型番と公式レイアウト資料、コイルの型番またはパターン図、目標電流、基板の層構成、シールド・電池・筐体を含む組立条件を一組にしてください。資料が不足している項目は、推測で寸法を埋めず、設計上の確認事項として残します。

PCBgogoで基板製作を検討する場合も、まずこれらの設計条件を整理しておくと、製造データと仕様を確認しやすくなります。基板製造・部品実装の案内はPCBgogoのサイトで確認できます。ワイヤレス給電回路の個別の性能や動作条件については、採用ICの資料と実機評価に基づいて判断してください。

PCBgogo - 基板製造・部品実装のご相談基板の層構成や製造データを整理したら、基板製造の見積もり条件をご確認ください。ワイヤレス給電回路の設計・性能評価は、採用するICとコイルの条件に合わせて行ってください。基板製造の見積もりを確認する