电池系列之“无线充电技术”

近年来,手机无线充电越来越普及,本文就主要介绍一下无线充电技术的原理和相关标准。


1、原理

无线充电技术的原理主要有以下几种:

1.1、电磁感应充电

闭合金属电路切割磁力线会产生电流,而闭合电路处在变化的磁场中也会产生同样的效果。同样,电流通过导线时,导线周围会产生磁场。为了使磁场变强,人们把导线绕成线圈形状,当电流通过线圈时,线圈周围就会产生比较强的磁场。

电和磁相生相克,成为电磁感应技术的最基础原理。现在,我们有两个线圈,我们把其中一个线圈通上电,那么这个线圈周围就有了磁场;接着我们将另一个线圈靠过去,那么这个线圈就有了电流。就这样,我们实现了无线电能传输。第一个线圈我们称之为初级线圈,用来产生磁场的,第二个线圈称之为次级线圈,用来产生电流的。

原理总是出人意料的简单,实际应用中,我们会将两个线圈相对放置,不断改变初级线圈内电流大小和电流方向(交流电),随着电流大小和方向的改变,线圈周围的磁场强弱和方向也不断改变,这就是我们所说的交互磁场。这时次级线圈处在一个不断变化的磁场中(交互磁场),次级线圈内部就会产生一个交互电流,通过一系列电路整流后,平稳输出直流电,直接给电子设备供电。

电磁感应式无线充电的原理就是:初级线圈通过一定频率的交流电并产生交互磁场,通过电磁感应在次级线圈中产生电流,从而将能量从供电端转移到受电端。


1.2、磁场共振充电

共振就是一个物体产生一定频率的振动时,会向外传递振动波,另一个物体接收到这个振动波时,也产生相同频率的振动。



当两个物体具体相同的振动频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。磁共振无线充电正是利用这一点,通过初级线圈产生一个固定频率振动的磁场即谐振磁场,次级线圈磁场的振动频率正好与之相同,从而产生共振,并实现能量转移。


1.3、无线电波式充电

这是发展较为成熟的技术,主要由微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的蚊型接收器。


1.4、电场耦合式

电场耦合式充电原理:利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。一般充电模块是由2个非对称偶极子按垂直方向排列而成的,这组偶极子各由供电部分和接收部分的活性炭电极和接地电极组成。无线供电模块就是通过这2个非对称偶极子的电场耦合而产生的感应电场来供电的。

电场耦合方式的特点如下:一是充电时可实现位置自由,二是电极薄,三是电极部的温度不会上升。因此不仅能够提供便利性,而且还可降低系统成本。目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台。

几种无线充电技术的对比如下:



2、标准

主流的无线充电标准有五种:Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。


2.1、Qi标准

Qi是2012年底由香港城市大学主导成立的全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟(WirelessPower Consortium,WPC),具备便捷性和通用性两大特征。首先,不同品牌的产品,只要有一个Qi的标识,都可以用Qi无线充电器充电。其次,它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈,为无线充电的大规模应用提供可能。目前有200多家公司加入该标准,包括三星、MTK、海尔、日立、高通等。

Qi采用了最为主流的电磁感应技术。


2.2、PMA

PMA(Power Matters Alliance,电力事业联盟)标准是由Duracell Powermat公司发起的,而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营,拥有比较出色的综合实力。PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备,打造无线供电标准,在无线充电领域中具有领导地位。目前已经有100多家公司加入,包括谷歌、华为、HTC、AT&T、Starbucks、BlackBerry、ZTE、三星和LG等。

PMA也是采用电磁感应原理实现无线充电的。


2.3、A4WP

A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称,由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建。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电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。

A4WP采用电磁共振原理来实现无线充电。

2015年1月,PMA和A4WP两大联盟宣布合并。这些厂商和机构宣布了新的联盟名称和品牌标识——AirFuel Alliance。AirFuel中包含了195家公司和机构,英特尔和金霸王都被包含其中,它无疑将对WPC造成巨大的威胁。PMA采用A4WP Rezence规范,作为PMA磁共振充电规范(兼顾单模和多模收发器)A4WP采用PMA感应式规范,作为多模感应式磁共振操作的一种支持性选择A4WP与PMA在用于网络服务管理的开放网络API上进行合作。该协议证明了两家组织均致力于推行一项具有互用性的全球无线充电标准。协议确定的目标是创建一个商业上可行的无线充电生态系统,为消费者带来真正便捷的充电体验。A4WP和PMA正在带头实施这项全球计划。


2.4、iNPOFi

iNPOFi,“invisible power field”,是由中国大连硅展公司推出的,iNPOFi的一个核心特点是抛开了“电磁感应”原理,所以没有了无线传输的能耗损失,充电效率高;没有电磁场辐射。

具体实现的方式是在要充电设备上植入一个iNPOFi的芯片,大约是5毛钱硬币的1/4大小,之后就可以在iNPOFi标准的充电板上进行充电了。

其实更简单来讲,iNPOFi就是把传统的纯无线的Qi标准改为一种接触式的无线充电,在效率上比Qi更高,稳定性也更好,同时,由于有接触,iNPOFi技术之后可以发展到同时支持数据传输。


2.5、Wi-Po

Wi-Po磁共振无线充电技术是宁波微鹅电子科技有限公司独立研发的,该技术属于最新的第二代无线充电技术,符合国际无线充电联盟A4WP(现已与PMA合并为Airfuel)的Rezence标准,使用6.78Mhz的谐振频率,并能通过蓝牙4.0实现通讯控制,同时兼有过温、过压、过流保护和异物检测功能。该技术在第一代Qi磁感应技术的基础上,有效充电面积提高25倍,有效充电距离提高10倍。

微鹅科技的Wi-Po磁共振无线充电技术可广泛运用于电子穿戴设备、手机及配件、笔记本电脑及配件、电动汽车、医疗设备等领域,与传统电子产品的结合,带来的不仅是充电方式的改变,更是让产品的使用体验产生根本性的变革。


以上就是针对无线充电技术的原理及标准介绍。