無線充電收獲季節即將到來

對移動設備而言，電池充電是非常重要的使用流程之一。你是否曾經厭倦帶著各種不同設備的充電器去旅行，你是否為了找到一條匹配的充電電纜而翻箱倒柜，在這些時候，如果可以擺脫這些電纜的束縛，該是多么美好的體驗，為此無線充電技術應運而生。

市場前景

充電設備與電源線說再見的日子也許不遠了。無線充電技術走進消費者視線開始于2010年，2011年多家日本廠商率先展示其無線充電技術相關商用設備，并且在2011年下半年開始有一些消費電子廠商將其用于智能手機等便攜設備的充電應用，逐漸開始走入大眾的世界。根據市場研究機構Marketsand Markets的一份報告，全球無線充電市場將在未來五年內獲得井噴式增長，到2017年將形成超過70億美元的市場，而在2011年這一數字僅僅只有4.57億美元，年復合增長率預計為57.6%。

隨著智能手機以及平板電腦等產品的不斷普及，生活中需要對便攜設備進行充電的場合也越來越多，市場對無線充電功能的需求也隨之不斷增加。預計在今后，我們將會迎來一個只需將自己的便攜設備放在像一張大桌子似的充電臺上的任意位置即可以進行充電的時代。為了實現這一愿望，有些公司已開始了電場耦合式無線充電模塊的批量生產，為便攜設備無線充電功能的普及做出了貢獻。雖然手機充電是一個潛在的巨大市場，但無線充電的市場推廣還沒有被廣泛接受。支持無線充電所帶來的硬件成本問題，以及效率低于標準有線充電的問題都需要解決。有線充電的電氣觸點會產生問題的充電應用場景是無線充電能夠真正發揮優勢的地方。例如要求設備能夠防水，或是在有液體或惡劣氣候條件的環境中工作。無線充電使這些設備能夠永久密封，并且能通過無線、非接觸式的方式充電。

未來的無線充電技術將讓所有的移動設備嵌入內置接收器和發射器，這些接收器和發送器被無處不在的部署在公共區域，如咖啡館、賓館、機場、快餐店等。消費電子設備是顯而易見的目標市場，但醫療和工業便攜設備也是能夠從無線電源受益的應用細分市場，可實現防水外殼并減少充電端口，這些充電端口經常被使用，由于充電線的重復插入，可引起不必要的故障。

無線充電的整個系統其實并不復雜，基本上包含了兩個部分，一個是連接電源的充電端發信器，另一個被充電電子產品上，跟硬幣大小差不多的接收器，只要在一定的范圍內（跟據不同的技術距離不同），電源能夠瞬間自發信器傳到對應的接受器，從而實現電能的傳輸。可以說，對無線充電而言，設備是簡單的，充電距離與效率才是技術最核心的環節。

無線充電技術原理

無線充電技術的原理研究可以追溯到19世紀30年代，科學家邁克爾?法拉第首先發現了電磁感應原理，即周圍磁場的變化將使電線中產生電流。到了19世紀90年代，愛迪生光譜輻射能研究項目的一名助手，也是后來的科學家尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla) 證實了無線傳輸電波的可能性，并申請了首個專利。目前短距離無線充電存在三種不同的商用技術，電磁感應技術、無線電波技術和電磁共振技術，幾種技術各有特點。

近期電磁感應技術首先取得了突破，一些展會上展出的產品均是采用電磁感應原理取得的成功。電磁感應技術，通過初級和次級線圈感應產生電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端，由于電磁感應技術具有技術簡單、充電高效，并能夠運用于如滿布水、沙泥及灰塵的各種惡劣環境中，未來很有可能在幾種技術的較量中最先取得成功。電磁感應技術的優點還包括傳輸的功率可以從幾瓦到上百瓦，基本滿足了現在大部分消費電子產品特別是智能手機等充電需求最大的市場要求。但是，電磁感應技術也有自己的問題，首先是傳輸距離很短，必須接觸才能實現無線輸電；另一方面，無論是線圈和電路之間的屏蔽問題需要對產品設計加以改進，還是充電端要進行智能識別以判斷是被充目標還是其他金屬以避免誤充造成不必要的安全隱患，都是電磁感應技術快速普及面臨的最大挑戰。

IDT先進用戶界面部戰略營銷總監Eric Itakura相信電磁感應技術背后有很多樂觀因素，因為其背后有一個聯盟機構（無線電源聯盟），迄今為止加入的會員超過100人。代表制造商的會員橫跨多個不同的細分市場，包括消費電子、電池、家具、汽車等。擁有廣泛的支持和設備之間最重要的互操作性對保證用戶體驗和承諾可在任何地點充電至關重要。除了支持這種技術的公司眾多，其他優勢還包括高效率，低成本、工作在非電離kHz頻率內，并把磁場控制在非常小的區域里、安全性高。但是其他技術和要求更長距離的應用還有發展空間。

無線電波技術也是發展較為成熟的技術，其基本原理類似于早期使用的礦石收音機。通過一個微型高效接收電路，可以捕捉到從某個指定位置傳送過來的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。該技術的主要優點是傳輸距離長，并且可以對不同位置的設備進行同時傳送電能。但缺點也很明顯，一個是傳送功率小，充電速度會比較慢；而且傳輸的效率也比較低。無線電波技術比較適合的一些小功率或相對較長時間不移動的設備充電，并且非常理想用于物聯網的一些未來供電應用。

另一種技術是電磁共振，這個技術相對而言還沒有完全成熟。電磁共振原理是，當物體間以相同頻率共振時，就有可能有效實現無線能量傳輸。把共振運用到電磁波的傳遞上，利用銅制線圈作為電磁諧振器，一團線圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。當傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經過電磁場輻射到接受方，電力就實現了無線傳輸。

對于今后無線電力傳輸的應用，電磁共振的優勢很多。首先是其功率傳輸可以較大到幾千瓦，一方面傳輸速度會很快，另一方面傳輸的能量效率高，配合其傳輸距離可以在5米以內，能滿足一些工業和電動汽車的充電需求，具有更普遍和廣闊的現實應用空間。此外，安全性也有保障，日常生活中應用的很多物體，與電磁場的反應很微弱。實驗中的兩個銅線圈，雖然在彼此之間產生了強大的磁場，但是對周圍環境的影響很小。Vishay中國電阻/電感高級行銷經理譚世棋表示，電磁共振技術的發展勢頭最猛，目前的性能已經達到可以接受的程度。市面上已經有一些支持這種技術的交鑰匙方案。這種技術非常靈活，易于擴展。

村田公司則在三種技術基礎上進行一定的革新，選擇采用電場耦合方式實現無線供電，村田(中國)投資有限公司營業企劃部戰略企劃副經理三井裕司表示，村田選擇電場耦合方式這種技術是因為它有著不同于其他方式的獨特優勢，比如寬闊的充電區域，電極部分不受形狀約束，設計自由度較高和電極部分的發熱量較少等。

由于TDK在高性能磁性材料方面的優勢，其無線充電的磁性線圈雖然很薄，但是可以實現超高性能，實現了厚度1.0mm以下的5W規格產品，還有厚度0.8mm規格下的2.5w產品。TDK還利用柔性薄膜的生產技術，提供具有抗沖擊性能的產品，同時，其轉換效率可達到70%以上，并且提供支持WPC Qi標準規格的Tx側線圈。

面對的挑戰

無線充電技術作為近兩年大規模興起的應用，如今，理論技術的難點大部分已經得到解決。今天的無線電源解決方案實際上運行得非常好，并且可靠而穩固。所以，成本和效率是未來發展的兩個最大的難點。其中，需求重點應該不是降低接受設備的成本，而是盡可能提高效率，如果無線充電的效率不高，就體現不出無線充電的好處。如果長距離無線充電普及開來，會引發很多人身健康問題的討論。無線充電的市場還處于初期，隨著技術變得更容易負擔、效率更高，無線充電在未來五年將迎來迅猛增長。目前，Vishay的重點是無線充電系統的線圈部分，我們將和設計工程師緊密合作，設計出完整的無線充電系統，提供最高效和專用線圈，使性能達到最高，把可能產生問題的離散充電場減到最小。

IDT Eric Itakura表示感應無線電源效率在70%至75%的范圍內，是指從發射器的DC輸入端到接收器的DC輸出端效率測算所得。效率可通過更優的線路設計、使用更多的高級過程以及優化的IC架構而得到改進。無線電源接收器需要從接收用線圈接收AC電源，并將其改變為DC電壓，然后該電壓下降為充電管理或電池充電 IC可接受的穩定電壓。這些必須非常有效地完成以避免熱引起的過度損耗。要想使功率高效率傳輸而無過多的熱量損失，這取決于一些因素，包括接收器IC的效率、封裝尺寸以及應用環境的特征（例如PCB尺寸和地點）。為了減少成本，你可以讓晶圓更小，但是即使以最佳的效率，在特定功率水平散熱也會成為挑戰。所以，最終還是平衡。

在推廣無線充電系統的過程中，一個非常關鍵的問題就是如何通過標準化來確保不同設備之間的相互連接。村田的三井裕司介紹，村田已經開始著手電場耦合方式的標準化作業，并積極開展著技術標準的制定以及商業化平臺的開發等各項工作。技術方面的重點則在于如何開發出能夠同時兼容更多種不同設備的充電系統，希望能夠充分利用電場耦合方式的特點來開發出能夠適用于不同電力、不同大小設備的充電系統并盡快實現標準化。

此外，還有一個就是觀念的問題，無線充電技術并沒有得到很好的理解。比如電磁感應技術需要手機端附加相關接收器，但在演示期間，IDT Eric Itakura看到人們嘗試將自己沒有配備無線電源接收器的手機放在充電器上，并希望能夠接收到電源。但如之前所提到的，解決方案有兩面性，客戶需要了解有什么樣的要求。讓充電板和無線電源接收器與消費器件包裝在一起，需要很長時間來讓客戶了解，廣告和推廣材料不僅讓技術看起來更激動人心和讓人們看到其帶來的便利，還能夠讓客戶了解，在時間方面，Eric Itakura期望今年能夠開始大規模的商用，明年能夠開始引人注目。

提高傳輸距離和提升傳輸功率，是未來無線充電技術在解決成本和效率之外，考慮的另外兩個重要問題。實現遠距離無線充電要求通常在更高的頻率下接受更低的效率以傳輸更高的功率，完成所有這些必須不對其他可能對傳輸敏感的器件造成干擾，并且避免引起客戶對功率遠距離傳輸健康方面的擔心。來自更高功率的挑戰成為熱消散的一個問題，即使是一個非常有效的解決方案也會有熱損耗，當需要提供高功率時，這點變得尤為重要。