無線充電動向

摘要：介紹了WPC等多種無線充電方式，以及無線充電的原理、設計問題及無線充電的未來趨勢。

關(guān)鍵詞：無線充電；線圈耦合；WPC；效率；輻射無線充電的幾種方式

通過線圈之間的能量耦合或信息耦合可以發(fā)電，這個現(xiàn)象人類很早就意識到了，關(guān)鍵在于怎樣實現(xiàn)。

目前主要有五大類方式(圖1)。

傳導式充電是Wildcharge最初設計的。特點要特別設計一個支架，把手機放上去。

RF無線充電主要通過射頻(RF)和微波實現(xiàn)遠距離充電，代表企業(yè)Powercast。

簡單線圈耦合電動牙刷就采用這種簡單耦合方式。

普通的無線充電復雜的線圈耦合，真正把無線充電引入市場，代表企業(yè)有Powermat、Palm等。這類產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)在其體系范圍內(nèi)對很多支持無線充電的產(chǎn)品進行充電、它已經(jīng)非常接近WPC(無線電源聯(lián)盟)的無線充電的目標：有一個平臺，把手機等無線終端放上去就可以實現(xiàn)充電。

WPC標準充電無線充電發(fā)展的最大阻力是不兼容性。事實上，我國一些本土企業(yè)做出了非常便宜的無線充電方案，但有些受到市場的適用范圍所限。

WPC是在WPC框架下致力于開發(fā)產(chǎn)品。綠色圖標(10go)是“Qi”，其起名與中國的太極相關(guān)，圖標的“Q”和“i”兩個字母沒有連在一起，預示著下面是一個pad(充電平板)，上面是一個帶天線的無線終端設備。

發(fā)展至今，WPc的低功率(5w標準v1，0是20lO年7月份最終定稿發(fā)布的，從那時至今，從50多名成員發(fā)展到90多成員，同時，成員行業(yè)背景廣泛，分布在半導體、運營商、終端設備制造商(手機制造商)等領域。

無線充電市場

無線充電的市場預測數(shù)據(jù)還不很明朗。據(jù)IMS Research 2010年分析，根據(jù)市場應用角度，通常分為五大類(如表1)，其中，手機的占有率最高。

圖2給出了三種預期。到2014年時，中等估計是達到2億多件。

未來應用場景

WPC目前是唯一為不足5W的低功率應用制定了規(guī)范的行業(yè)標準組織。據(jù)悉，WPC聯(lián)盟正在為中功率(125W)制訂標準，涉及到筆記本充電和電動工具的充電。

展望未來的WPC的應用場景、會出現(xiàn)中高功率的無線充電解決方案。如圖3，電視下面可有一個pad，通過線圈耦合實現(xiàn)。筆記本電腦現(xiàn)在很少用到DVD／CD光驅(qū)，可以把光驅(qū)部分換成無線充電器。機場或者充電樁也可以做無線充電設備。辦公桌、會議桌可提供無線充電方式，休閑娛樂和社交場合也可以實現(xiàn)無線充電，也有一些大型汽車廠商在研發(fā)此類裝置。

據(jù)TI(德州儀器)電池管理方案市場拓展經(jīng)理文司華介紹，現(xiàn)在具體應用場景主要在公共場合率先展開，例如學校教室旁的iPad或手機充電車。另外一個不錯的應用場景是車載手機充電。至于會議室或家庭應用，可能用戶接受還需要一些時間。

無線充電方案

典型的無線充電方案可以分成兩部分(如圖4)。左側(cè)是TX(發(fā)射器)，右側(cè)是Rx(接收器)。

左側(cè)實現(xiàn)AC到Dc，無線的部分是指終端部分和電源是無線關(guān)聯(lián)的，這個部分的核心是線圈，線圈作為一個最關(guān)鍵的整體，具有單向電源傳輸和單向通信傳輸。

因為有無線線圈的存在，能夠巧妙地把Power(電)和通訊結(jié)合在一起，實現(xiàn)單向的傳輸。電源部分有一個簡單的驅(qū)動器，會對線圈上的信號進行傳感(電流和電壓的傳感)，然后回到控制器、驅(qū)動器，協(xié)調(diào)整個無線的能量運作。

右側(cè)接收端的線圈接收到這個信號和能量以后，進行整流(把產(chǎn)生出來的交流信號變成直流信號)，然后進行電壓調(diào)節(jié)，例如目前TI發(fā)布的bqTESLA產(chǎn)品是5V的產(chǎn)品，在5V時，負載可以帶動1A的負載，最高功率是5W。控制器通過線圈對信號進行小幅干擾。

Tl推出的無線充電方案

根據(jù)此理念，TI推出了bqTESLA、這是由物理學家特斯拉(Tesla)的名字演變而來，意味著無線充電變成現(xiàn)實。據(jù)TI的文司華介紹，bqTESLA芯片組的特點是小型、集成。

bqTESLA芯片組包括發(fā)射端和接收端。TI目前已公布兩套解決方案，第一代是bqTESLAlOOLP，以分立式組件為基準，2010年11月推出。第二代是bqTESLAl5OLP，建立在集成型單芯片bq5t013接收器方案基礎之上，可優(yōu)化性能、尺寸和成本(第二代RX＋第一代TX)，2011年4月推出。

在小型化方面，第二代產(chǎn)品的bqslOl3只有3mm×1，9ram，2，5w設計的PcB(印制電路板)是15minx 50mm×1，5mm，加上線圈可以用在手機背殼上面(圖5)，當然整個方案會比現(xiàn)有的手機背殼稍微厚一點。

發(fā)射端對空間大小沒有特別苛求，但發(fā)射端的產(chǎn)品也希望做得美觀(薄型)。

無線充電的距離與效率

關(guān)于無線充電的距離，WPC的標準是5mm，因為距離遠后會顯現(xiàn)輻射問題。從輻射角度看，無線電場的發(fā)射沒有方向性，如果要達到遠距離傳輸，要提高共振的頻率，此時大家使用手機時就有點想法了，擔心自己手機的輻射。

WPC的網(wǎng)站上有很多討論輻射問題的，其中一個討論列舉了非電離的電磁場數(shù)據(jù)，但沒有具體的結(jié)論，大意是如果要遠距離充電，要實現(xiàn)充電所達到的電源(能量)的級別，電磁場的強度應該是超過人體所能夠承受的限度。

在距離5mm時，TI的第二代芯片的效率是73％。第一代是70％。因此從效率角度，不能與帶導線電源相提并論，因為高效的開關(guān)式電源可以達到90％的能效。

那么，為何還要發(fā)展無線充電?TI的文司華稱，TI對無線充電的發(fā)展思路是希望一套傳輸發(fā)射端可以取代多套帶導線的充電器，如果是1：1充電，恐怕是比不過有線充電的。

70％～73％效率時。散熱如何解決的?對于5W充電，會有1，5W左右的損耗，分配在接收端和發(fā)射端兩邊。散熱很多原因是由于線圈本身的內(nèi)阻，以及中間形成損耗的散熱，這需要通過合理的設計來解決。例如發(fā)射端空間較大，散熱應該不是問題：接收端線圈背后的空間可以用一些簡單的鋁片和石墨片散熱。

無線未來將挑戰(zhàn)USB

目前，USB有線充電已經(jīng)十分普及，無線充電是否會和USB形成競爭?USB出現(xiàn)之前也有很多不同的充電標準，例如12V、19V方案，曾經(jīng)有人判斷USB很早以前就應該消失了、但是USB被大眾接受了。

因此，最終要看無線充電能不能確實切合用戶的利益，是否優(yōu)于USB充電(包括數(shù)據(jù)傳輸和充電的便利)。很多WPC成員的愿景是，幾年之后，攜帶移動產(chǎn)品時不再另帶一根線。