淺析無線充電器及其應用前景

師 思

（大連電子學校，大連 116110）

1 無線充電器產生的背景

現代社會，從手機到運動手表，從筆記本電腦到新能源汽車，都需要進行反復充電，以滿足生活需求。從前，傳統的充電方式是有線電能的傳輸，即一端連接交流電源，另一端連接便攜式電子設備充電電池。不難發現，這種方式有著一定的弊端，首先頻繁的進行插拔，很容易造成機械損害，導致產品壽命減少，其次，若長時間未處理充電插頭，很容易造成火災，甚至也可能帶來觸電的危險。因此，人們急需一種新的充電理念，運用創新思維，結合科技發展現狀，無線充電器應運而生。

2 無線充電器的種類及工作原理

無線充電器的關鍵環節是以“無線”的形式，實現電能的傳輸，無線充電運用了無線供電技術，這是一種新型的能量傳輸技術。該技術使充電器擺脫了線路的限制，實現充電器和電源完全分離。目前，市場常用的有兩類無線充電器，一是電磁感應式，二是磁場共振式。它們在工作原理上有所區別，致使性能和工作特點有所區別。

2.1 電磁感應式無線充電器

根據法拉第的電磁感應原理，可以制作出電磁感應式無線充電器。它的工作原理與變壓器的工作原理類似，在發射和接收端各有一個線圈，發射端線圈連接有線電源產生電磁信號。通過一個振蕩電路，在發射線圈中產生一定頻率變化的交流電，變化的電流在線圈周圍會產生一個變化的磁場，經接受線圈耦合后，由變化的磁場在接收線圈中產生感應電動勢，進而在接收線圈中產生一定的電流，從而將能量儲存在線圈和電容中，最后，再經過整流濾波穩壓電路提供給電子產品。從而實現能量的傳輸。電磁感應式無線充電器的具體工作過程如圖所示：

圖1 電磁感應式無線充電器組成圖

目前市場上家用最常見的無線充電器就采用了電磁感應式，可以做成圓板、方板或者直接放置在家中的小桌子，這種充電方式更安全、更靈活、更便捷，性能穩定，能量的轉換率高，應用范圍廣，只要使用同一種無線充電標準，無論哪家廠商的哪款設備均可進行無線充電。缺點是僅適合短距離充電，并且需要擺正位置，金屬感應外殼易發熱。但是，如果對能源汽車進行無線充電，由于實際情況，無法讓汽車這么龐大的物體，直接接觸充電器，因此，需要發現適合遠距離傳輸的無線充電器，磁場共振無線充電器由此產生。

2.2 磁場共振式無線充電器

磁場共振無線充電器的組成如圖所示，它由能量發送裝置和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，以實現無線充電的概念。具體來說，電磁共振耦合的能量傳輸方式如下：在兩個同頻率的諧振體之間產生強耦合，利用收發兩端的線圈及電容組成諧振電路，以實現能量的無線傳輸。如下圖所示：

圖2 電磁感應式無線充電器組成圖

與電磁感應式充電器相比，電磁共振方式能夠實現比電磁感應方式更遠距離的傳輸，并產生較小的電能損耗。磁共振方式不同于電磁感應方式，無需使線圈間的位置完全吻合。因此，也就不需要把電子產品精準放置某一區域。它不僅可以支持物聯網設備進行快速無線充電，還可以同時支持多個設備同時充電，也能夠給金屬外殼的智能手機、平板電腦和智能手表高效充電，不會出現高熱的現象。

3 無線充電器接收端概述

無線充電器有了發射器，還要有接收器，才能夠實現充電。因此需要在無線充電發射器上放置不同的接收器，接收器中含有接收的線圈與電容諧振組合、整流器、濾波與穩壓器直流電源輸出，最終實現給不同的電子設備提供穩定的直流電的目的。目前的接收器芯片bq51020 和bq51021，以及世界第一個達到WPC1.1和PMA 標準的雙模型集成電路bq51221，都已達到96%的超高效率，可消除5W 的條件下，智能手機及其他電子設備中的散熱問題。但是即便如此，無線充電器在目前的市場推廣中還存在很多技術軟肋。

4 推廣過程中的技術瓶頸

無線充電器在推廣使用的過程中，憑借新穎的充電模式，受到人們的青睞。在諸多的手機品牌展示店中，無線充電器已經放在展臺中供人選擇了，但是需求度遠遠不如計劃順利，蘋果公司近日宣布確認AirPower 無線充電器項目停止，其中最重要的原因便是技術無法達到預期高水準，蘋果計劃一次最多能為三臺不同設備充電，這三臺不同設備可以是一塊蘋果手表、一副AirPods 耳機和一臺iPhone。這就需要采取一種特殊的多重線圈技術，設備無需在充電板上找到特定的位置，充電器就可以工作。它還配有一個軟件，能夠在iPhone 上同時顯示三臺設備的當前充電情況。但是實際的技術水平還不能夠滿足這個要求，因此，推廣過程中，技術壁壘仍然是主要原因。國內品牌小米，它的無線充電器僅僅可以實現一對一接觸式充電，對位置要求嚴格，但是通過實際研究，小米充電器的充電速度、FOD 異物檢測功能、散熱功能比較完善。

5 結束語

隨著中國科技日益創新，電子產業蓬勃發展，多項新生學科如雨后春筍般成長壯大，科技改變生活已然不是夢想。無線充電器逐步成為人們追求的新的生活方式，從科技概念變成商用產品。電子產品不僅要在功能上改革，也要在創意上占領市場。無線充電技術的興起，正是創新與技術結合的產物。創新驅動產品革新，創意推動核心技術發展。無線充電技術顯示出了廣闊的發展前景，當然這需要進一步研究完善核心技術，市場才會越來越龐大。