正在改變移動(dòng)世界的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)

快速發(fā)展的無(wú)線(xiàn)充電市場(chǎng)迫切要求制造商和開(kāi)發(fā)商為設(shè)備間互操作性制訂全球統(tǒng)一的無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。

建立一種全球通用的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的比賽正在如火如荼地進(jìn)行中。新的令人激動(dòng)的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)進(jìn)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(gè)大問(wèn)題，因?yàn)闆](méi)有統(tǒng)一的無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)線(xiàn)電力傳輸?shù)南敕ㄒ呀?jīng)出現(xiàn)好多年了。早在20世紀(jì)00年代，尼古拉●特斯拉就開(kāi)始嘗試無(wú)線(xiàn)供電了，但一直沒(méi)有取得完全成功。不過(guò)他已非常接近成功——他的革命性發(fā)明被稱(chēng)為特斯拉線(xiàn)圈。這種不用導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)圈是尼古拉●特斯拉于20世紀(jì)00年代發(fā)明的。

在短距離內(nèi)不用導(dǎo)線(xiàn)實(shí)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(gè)應(yīng)該是目前市場(chǎng)上最常用的技術(shù)。

電磁感應(yīng)(電感性耦合)

這種近場(chǎng)方法使用導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈之間建立的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線(xiàn)傳輸。當(dāng)電流流經(jīng)發(fā)送線(xiàn)圈時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，進(jìn)而在接收線(xiàn)圈中感應(yīng)出一個(gè)電壓。

線(xiàn)圈耦合得越好，電能傳輸?shù)镁驮胶谩ｑ詈弦蜃觡指示耦合程度。k值取決于多種因素，比如線(xiàn)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(xiàn)圈和接收器線(xiàn)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(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈具有相同的直徑。它們彼此對(duì)齊，相距最小的Z。這個(gè)距離Z比線(xiàn)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(xiàn)圈具有相同直徑的緊耦合系統(tǒng)。

而松耦合系統(tǒng)中的線(xiàn)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(xiàn)圈之間的距離較大。

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

磁共振(共振感應(yīng)耦合)

這種近場(chǎng)方法利用共振現(xiàn)象在一定空間內(nèi)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)圈以相同的頻率振蕩(或共振)，這個(gè)頻率取決于線(xiàn)圈的材料和形狀(圖4)。

圖4：通過(guò)磁共振線(xiàn)圈點(diǎn)亮燈泡。

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

熱門(mén)產(chǎn)品

目前市場(chǎng)上流行的大多數(shù)產(chǎn)品依賴(lài)于磁感應(yīng)和磁共振無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。這些產(chǎn)品包括：

●Qi：Qi由無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)創(chuàng)建，可以給從智能手機(jī)到無(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)線(xiàn)解決方案，但設(shè)計(jì)約束限制了它們的效能。他們?yōu)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供多種產(chǎn)品解決方案。舉例來(lái)說(shuō)，Proxi-Point無(wú)線(xiàn)連接器能為難以到達(dá)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(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)Qi充電座。

圖6：這種Proxi-Point無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(jìn)行無(wú)線(xiàn)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(jì)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(huì)員。

● Powermat：這是一種基于電磁感應(yīng)的技術(shù)，包含一個(gè)給電子設(shè)備充電的墊子。這種技術(shù)通過(guò)了PMA聯(lián)盟(Power Matters Alliance)的認(rèn)證。具有內(nèi)置無(wú)線(xiàn)充電功能的這些設(shè)備可以在充電點(diǎn)立即加電。如果設(shè)備沒(méi)有被激活，可以用插電式Powermat Ring進(jìn)行無(wú)線(xiàn)激活(圖8)。

圖7：Witricity的Prodigy可以用一個(gè)電源給兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。

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

在了解這些熱門(mén)產(chǎn)品時(shí)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(wú)線(xiàn)充電是一個(gè)仍在發(fā)展中的新興市場(chǎng)。隨著更多技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)，消費(fèi)者有望在市場(chǎng)上隨處見(jiàn)到具有互操作性的產(chǎn)品。

主要玩家

在開(kāi)發(fā)磁共振和電磁感應(yīng)技術(shù)的領(lǐng)域中有兩個(gè)關(guān)鍵的組織機(jī)構(gòu)，即無(wú)線(xiàn)供電聯(lián)盟(WPC)和Airfuel聯(lián)盟。WPC成立于2008年，是Qi標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)立者。

WPC聯(lián)盟成員一直致力于開(kāi)發(fā)一種全球統(tǒng)一的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前有200多家公司提供的800多種產(chǎn)品都支持Qi標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)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(huì)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(wú)線(xiàn)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(dú)立運(yùn)營(yíng)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(wú)線(xiàn)充電生態(tài)系統(tǒng)。

遺憾的是，這場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)并沒(méi)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(shí)是WPC和Airfuel聯(lián)盟的成員。因此他們的產(chǎn)品同時(shí)支持這兩種無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。

Semtech公司是另一家擁有雙會(huì)員資格的公司。去年十月，Semtech公司發(fā)布了一款新的無(wú)線(xiàn)充電平臺(tái)，該平臺(tái)能夠支持所有主要的標(biāo)準(zhǔn)(Qi、PMA和 A4WP Rezence)。包含TS80000發(fā)送器和TS81000接收器的TS80K平臺(tái)支持針對(duì)可穿戴、移動(dòng)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(wú)線(xiàn)充電平臺(tái)包括TS80K發(fā)送器和TS81K接收器。

TS80K具有更高的靈活性，因?yàn)檫@個(gè)平臺(tái)以多模技術(shù)支持所有主要的(同時(shí)針對(duì)發(fā)送器和接收器應(yīng)用的)無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。還可以經(jīng)過(guò)適當(dāng)修改迅速支持新的無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)。TS80K平臺(tái)支持種類(lèi)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(shí)現(xiàn)家具、汽車(chē)和公共場(chǎng)館中的嵌入式充電功能，在單個(gè)易用且高成本效益的平臺(tái)基礎(chǔ)上，能夠支持所有主要的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

WPC聯(lián)盟和Airfuel聯(lián)盟之間缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中明確勝者，那么這個(gè)市場(chǎng)將很快形成數(shù)十億美元的通用無(wú)線(xiàn)充電器業(yè)務(wù)。最終消費(fèi)者將能夠從豐富的產(chǎn)品中作出明智的選擇。