正在改變移動世界的無線充電技術(shù)

快速發(fā)展的無線充電市場迫切要求制造商和開發(fā)商為設(shè)備間互操作性制訂全球統(tǒng)一的無線充電標準。

建立一種全球通用的無線充電技術(shù)的比賽正在如火如荼地進行中。新的令人激動的無線充電技術(shù)進展和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)——一些公司緊盯一種技術(shù)，也有些公司支持多種技術(shù)。但各種技術(shù)間互操作性的缺乏仍然是個大問題，因為沒有統(tǒng)一的無線充電標準。

無線電力傳輸?shù)南敕ㄒ呀?jīng)出現(xiàn)好多年了。早在20世紀00年代，尼古拉●特斯拉就開始嘗試無線供電了，但一直沒有取得完全成功。不過他已非常接近成功——他的革命性發(fā)明被稱為特斯拉線圈。這種不用導(dǎo)線傳送電能的系統(tǒng)徹底改變了電能的使用方式(圖1)。

圖1：特斯拉線圈是尼古拉●特斯拉于20世紀00年代發(fā)明的。

在短距離內(nèi)不用導(dǎo)線實現(xiàn)電力傳輸?shù)募夹g(shù)和方法有很多種，比如電磁感應(yīng)、磁共振、電容耦合、磁力耦合等等。前兩個應(yīng)該是目前市場上最常用的技術(shù)。

電磁感應(yīng)(電感性耦合)

這種近場方法使用導(dǎo)線線圈之間建立的磁場實現(xiàn)電能的無線傳輸。當電流流經(jīng)發(fā)送線圈時，它會產(chǎn)生一個磁場，進而在接收線圈中感應(yīng)出一個電壓。

線圈耦合得越好，電能傳輸?shù)镁驮胶?。耦合因子k指示耦合程度。k值取決于多種因素，比如線圈的形狀、它們之間的角度以及電感器之間的距離。

根據(jù)發(fā)送器線圈和接收器線圈之間的距離不同，這種系統(tǒng)可以分成松耦合或緊耦合兩種。

在緊耦合系統(tǒng)中，發(fā)送線圈和接收線圈具有相同的直徑。它們彼此對齊，相距最小的Z。這個距離Z比線圈直徑小得多。這種系統(tǒng)發(fā)熱少，具有較高的效率(圖2)。

圖2：這是收發(fā)線圈具有相同直徑的緊耦合系統(tǒng)。

而松耦合系統(tǒng)中的線圈可以有較大的距離，但電能傳輸效率較低，電磁輻射較高(圖3)。

圖3：在松耦合系統(tǒng)中，線圈之間的距離較大。

電磁感應(yīng)有許多優(yōu)點，比如電路方案簡單，具有較好的成本效益。主要的缺點包括充電距離有限，發(fā)送器和接收器之間必須精確對齊。

磁共振(共振感應(yīng)耦合)

這種近場方法利用共振現(xiàn)象在一定空間內(nèi)無線傳輸電能，其原理與電磁感應(yīng)是相同的。發(fā)送器和接收器線圈以相同的頻率振蕩(或共振)，這個頻率取決于線圈的材料和形狀(圖4)。

圖4：通過磁共振線圈點亮燈泡。

磁共振的主要優(yōu)點在于能夠在相對較長的距離內(nèi)傳輸電能，發(fā)送器和接收器不需要精確的對準。不過由于電路控制復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。

熱門產(chǎn)品

目前市場上流行的大多數(shù)產(chǎn)品依賴于磁感應(yīng)和磁共振無線充電技術(shù)。這些產(chǎn)品包括：

●Qi：Qi由無線充電聯(lián)盟(WPC)創(chuàng)建，可以給從智能手機到無繩廚房電器等一系列設(shè)備充電或供電。它將感應(yīng)技術(shù)和諧振技術(shù)整合在了一起。圖5顯示了支持Qi標準的眾多產(chǎn)品之一。

●PowerbyProxi：這一WPC成員在許多電池供電的設(shè)備中提供共振無線解決方案，但設(shè)計約束限制了它們的效能。他們?yōu)楣I(yè)現(xiàn)場提供多種產(chǎn)品解決方案。舉例來說，Proxi-Point無線連接器能為難以到達的位置上的傳感器提供電能，并為電池充電(圖6)。

圖5：這是三星公司開發(fā)的無線Qi充電座。

圖6：這種Proxi-Point無線連接器主要是為難以夠到的傳感器提供電能。

● WiPower：高通既是無線充電聯(lián)盟也是Airfuel聯(lián)盟的成員。公司的WiPower技術(shù)基于的是磁共振原理。WiPower最近宣布可以給具有金屬外殼的設(shè)備進行無線充電。

● WiTricity：這種基于磁共振的技術(shù)是為間距一厘米至數(shù)米的設(shè)備設(shè)計的。原始設(shè)備制造商(OEM)可以將這種技術(shù)直接嵌入他們的產(chǎn)品和系統(tǒng)中(圖7)。WiTricity是Airfuel聯(lián)盟的一位活躍會員。

● Powermat：這是一種基于電磁感應(yīng)的技術(shù)，包含一個給電子設(shè)備充電的墊子。這種技術(shù)通過了PMA聯(lián)盟(Power Matters Alliance)的認證。具有內(nèi)置無線充電功能的這些設(shè)備可以在充電點立即加電。如果設(shè)備沒有被激活，可以用插電式Powermat Ring進行無線激活(圖8)。

圖7：Witricity的Prodigy可以用一個電源給兩臺設(shè)備同時進行無線充電。

圖8：這種三星設(shè)備可以使用Pow?ermat Ring并通過Powermat進行充電。

在了解這些熱門產(chǎn)品時可以明顯地發(fā)現(xiàn)：從技術(shù)角度看磁共振和電磁感應(yīng)占了主要地位。選擇哪種技術(shù)取決于具體的應(yīng)用。

無線充電是一個仍在發(fā)展中的新興市場。隨著更多技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)，消費者有望在市場上隨處見到具有互操作性的產(chǎn)品。

主要玩家

在開發(fā)磁共振和電磁感應(yīng)技術(shù)的領(lǐng)域中有兩個關(guān)鍵的組織機構(gòu)，即無線供電聯(lián)盟(WPC)和Airfuel聯(lián)盟。WPC成立于2008年，是Qi標準的創(chuàng)立者。

WPC聯(lián)盟成員一直致力于開發(fā)一種全球統(tǒng)一的無線充電技術(shù)標準。目前有200多家公司提供的800多種產(chǎn)品都支持Qi標準。聯(lián)盟管理成員包括LG、高通、三星、TI、東芝和Verizon。

Airfuel聯(lián)盟是個全球性生態(tài)系統(tǒng)，是PMA聯(lián)盟和A4WP聯(lián)盟(Alliance for Wireless Power)最近(2015年6月)合并的結(jié)果。組成聯(lián)盟董事會的公司有ATT、英特爾、安森美、Powermat、三星和WiTricity。

值得一提的是，PMA聯(lián)盟是一家全球性的非贏利性行業(yè)組織，致力于為無線供電技術(shù)建立范例。它的創(chuàng)始成員是Powermat。同樣，A4WP聯(lián)盟也是一家獨立運營的非贏利性組織，致力于在Rezence技術(shù)基礎(chǔ)上搭建全球性的無線充電生態(tài)系統(tǒng)。

遺憾的是，這場標準之爭并沒有給WPC聯(lián)盟和Airfuel聯(lián)盟創(chuàng)造任何功能、互操作性或靈活性。制造業(yè)中的一些大公司，比如微軟、高通和三星，都同時是WPC和Airfuel聯(lián)盟的成員。因此他們的產(chǎn)品同時支持這兩種無線充電標準。

Semtech公司是另一家擁有雙會員資格的公司。去年十月，Semtech公司發(fā)布了一款新的無線充電平臺，該平臺能夠支持所有主要的標準(Qi、PMA和 A4WP Rezence)。包含TS80000發(fā)送器和TS81000接收器的TS80K平臺支持針對可穿戴、移動和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的多種系統(tǒng)配置(圖9)。

圖9：Semtech的三模式無線充電平臺包括TS80K發(fā)送器和TS81K接收器。

TS80K具有更高的靈活性，因為這個平臺以多模技術(shù)支持所有主要的(同時針對發(fā)送器和接收器應(yīng)用的)無線充電標準。還可以經(jīng)過適當修改迅速支持新的無線充電標準。TS80K平臺支持種類廣泛的供電解決方案，從100mW的可穿戴解決方案到100W的解決方案，適用于工業(yè)加工設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和“聯(lián)網(wǎng)的”家具設(shè)備。

TS80K的多模式發(fā)送器解決方案輸出的功率電平范圍從100mW到40W以上。因此它能實現(xiàn)家具、汽車和公共場館中的嵌入式充電功能，在單個易用且高成本效益的平臺基礎(chǔ)上，能夠支持所有主要的無線標準。

WPC聯(lián)盟和Airfuel聯(lián)盟之間缺少統(tǒng)一的標準使得供應(yīng)商在他們的產(chǎn)品中采用這些技術(shù)的步伐非常緩慢。一旦在這場無線標準之爭中明確勝者，那么這個市場將很快形成數(shù)十億美元的通用無線充電器業(yè)務(wù)。最終消費者將能夠從豐富的產(chǎn)品中作出明智的選擇。