新技术聚焦ｌ Ｎ ＥＷ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ 无线充电技术发展及应用 无线充电技术未来几年必将得到快速发展，其标准和规范将取得统一，且效率和充电距离方面的 问题将得到进一步的解决，同时无线电波代替电源可能是未来的一个技术革新的方向。 ●文博魏伟贾庆生钱蒈 南京熊猫电子制造有限公司 无线充电技术是指不通过导 际上无线充电技术还算成熟，但目 线而是通过空气介质进行电能传输 前标准尚未统一，主要有三种： 的技术，主要是利用磁共振原理在 ＰＭＡ标准、Ｑｉ标准￣ＩＡ４ＷＰ标准。 充电器与设备之间的空气中传输电 ＰＭＡ标准由ＰＭＡ联盟制定， 荷，通过线圈和电容器在充电器与 目前有ＡＴ＆Ｔ、星巴克等八十多家 设备之间形成共振，实现电能高效 公司加盟，该联盟致力于为符合 传输，传统充电器则是用金属线直 ＩＥＥＥ标准的手机和电子设备打造 接接触的方式给设备内置电池充 无线供电标准。Ｄｕｒａｃｅｌｌ Ｐｏｗｅｒｍａｔ 电。无线充电技术的优势在于便捷 公司曾推出过一款ＷｉＣＣ充电卡， 性和通用性，缺点是效率低和只能 采用的就是ＰＭＡ标准。ＷｉＣＣ卡比 提供电能，充电效率一般在７５％左 ＳＤ卡大一罔，内部嵌入了用于电 右，另外充电设备和充电器之间的 磁感应非接触充电的线圈和电极等 距离也有一定限制。无线充电的发 组件，卡片厚度较薄，插入现有智 送和接收需要采用同样的协议，实 能手机电池旁边即可使用，利用该 耦合系数：Ｋｅ 口 楫 ＲＬ 负载 ， ……．＿……谐振电路１ 谐振电路２ （发射器） （接收器） 逆变器 ｓ ］ 厂 ｌＩＣ １Ｉ ｌ＿ ． 。 ） Ｌ。Ｌｓ ｄ一 １ ｌ 电容感应式（上）和电磁感应式（下）无线充电方式原理图。 ２６ Ｉ集成电路应用 卡片可使很多便携式终端轻松支持 非接触充电。 Ｑｉ标准是全球首个推动无线充 电技术的标准化组织——无线充电 联盟（ＷＰＣ）推出的无线充电标准， 具备便捷性和通用性两大特征。不 同品牌的产品只要有Ｑｉ标识就都可 以用Ｑｉ无线充电器充电，它攻克 无线充电通用性技术瓶颈，在不久 的将来，手机、相机、电脑等产品 都可以用Ｑｉ无线充电器充电，为无 线充电的大规模应用提供可能。０ｉ 标准采用目前最为主流的电磁感应 技术，国内应用产品主要是手机， 这也是第一个阶段，以后将发展到 不同类别或更高功率的数码产品。 截至目前，ＷＰＣ联盟成员已增加 ￣１１７４家，包括飞利浦、ＨＴＣ、诺基 亚、 星、百思买等知名企业。 Ｑｉ标准的代表产品有诺基亚Ｌｕｍｉａ ９２０、８２０１２．１及Ｇｏｏｇｌｅ Ｎｅｘｕｓ ４等。 Ａ４ＷＰ标准由高通、 星以 及前面提到的ＰＯＷｅｒｍａｔ共同创 建的无线充电联盟推 ，该联盟 还包括Ｅｖｅｒ Ｗｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｇｉｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｐｅｉｋｅｒ Ａｃｕｓｔｉｃ和ＳＫ Ｔｅｌｅｃｏｍ等成员，目标是为包括便 携式电子产品和电动汽车等在内的 无线充电设备设立技术标准和行业 对话机制。联盟将重点引入“电磁 谐振无线充电”技术，与０ｉ的“电 Ｎ ＥＷ ＴＦＣＨ ＮＯＬＯＧＹ Ｉ新技术聚焦 磁感应技术”各有千秋。前者传输 电子设备中。电容感应式使用准静 设备要和充电器保持比较近的距 效率可能较低，但可以实现稍远距 电电场并通过电容传输能量，这种 离，要想使无线充电技术获得更加 离的无线充电；后者需要近距离接 电容由物理上分开的器件的两个电 广泛的应用，这一不足之处有待解 触，例如将手机放在一个底座上， 极组成，将这两个器件彼此靠近形 决。而磁共振式的无线充电方式虽 但这样充电效率较高。 无线充电方式比较 成一个电容阵列，可以传输能量， 然可以把充电距离提高一米左右， 类似于麦克斯韦电磁场定律。电容 但是这和线圈本身的。值相关，这 感应式的优点是对于用电装置的水 就对材料提出了较高的要求，以目 无线充电技术主要分为三种 平位置变化不敏感，但是由于采用 方式，分别是电磁感应式、电容感 了高频（几百ＫＨｚ）高压（１，５ｏｏｖ）电 应式和磁共振式。在十四届高交会 流来完成传输，所以成本较高，不 目前无线充电技术面临的普遍问微型化，不适合 题是充电距离有限、充电效率较低，因微功率无线输电 紫输终端产品，也可以对大型电动设备如电 言，同时应用蠹领盏域柔不喜再 局限于小型耄电 蒹子糯理是在两个线圈 薹 的＃ 晤 动车提供能量供应。 间形成共振从而 上，ＴＤＫ利用磁场共振的技术点 传输。其中充电座包含一个线圈， 亮了一盏电灯，它用了一个形象 当电流通过它时可以作出响应或 的词来描述这种方式：３Ｄ非接触 产生振荡，使周围创建一个振荡磁 充电。目前研发中的磁场共振型 场，在另外一个线圈足够接近第一 充电的效率约为８０％，充电功率约 个线圈时，它可以捕获该磁场部分 为２０Ｗ。他们的方案可以在离桌面 能量，然后在第二个线圈中生成电 １５ｃｍ的距离内无线充电。村田公 流。在充电过程中，设备仍可以接 司所展示的是利用电容感应式的无 听电话，或通过ＷｉＦｉ进行通信。磁 线充电产品，这种电场耦合方式的 共振技术可以实现较远距离的电力 构造很简单，只要是在供电台规定 传输，能在数米范围内实现能量的 的充电区域内，无论将产品放在什 传输，但是其本质原理是利用了极 么位置都可供电，可实现“位置自 高Ｏ值线圈之问的感应，由于无法 由”的供电。 生产出极高Ｑ值的线圈，所以短期 三种无线充电方式中，电磁感 内无法实现商用化并且体积极大。 应式是目前最为成熟的技术，其原 从文中电容感应式和电磁感 理是利用发射端线圈和接收端线圈 应式无线充电原理示意图我们可以 之间的电磁感应实现电能传输，利 看出，电磁感应充电方式主要是让 用发射端提供的电源将电能转换为 通电的线周产生磁场，通过线圈的 磁场能量，然后通过接收端线圈电 电磁感应在接收端的线圈感应出电 磁感应将磁能转换为电能，给待充 流，而电容感应是通过产生的电场 电设备提供充电能量，这种充电方 对负载设备进行充电，这两种充电 式的优点是成本比较低，而且可以 方式的主要问题是充电效率不是特 实现微型化，便于广泛应用于各种 别高，只有７０％左右，同时带充电 前的工艺水准来说，这一问题还是 比较难以解决的，同时随着距离的 增大，能量在传输过程中必将会受 到衰减，从而影响到充电效率。因 此，这二三种充电方式都有各自的优 缺点，但是可以看出，在短时间内 无线充电的市场还是比较大的，毕 竟和有线充电方式相比无线充电有 其自身明显的优点，有着比较广泛 的发展空间和应用领域。 小结 目前无线充电技术面临的普遍 问题是充电距离有限、充电效率较 低，因此未来发展方向就是高效率 与远距离传输，同时应用领域不再 局限于小型电子终端产品，也可以 对大型电动设备如电动车提供能量 供应。有人担心无线充电会带来辐 射问题，但研究表明，人体对电场 的反应很强，而对磁场的反应几乎 没有，因此这一充电系统一般不会 影响到人体健康。无线充电未来发 展趋势是只要有电磁信号就可以对 电子设备进行充电，目前的无线充 电技术需要利用接收端和发射端进 行无线能量传输，而利用无线电波 （比如ｗｉＦｉ信号）进行能量传输的则 是利用电磁波感应原理，类似于变 压器，这时我们不再需要能量发射 装置，而只需要通过能量接收装置 就可以将能量传输给手机等电子设 备，也就是说电源最终可以被无线 电波信号所取代，这也是一种技术 上的革新。一 集成电路应用ｌ ２７