松耦合無(wú)線充電方案詳解

無(wú)線充電的愿景，是無(wú)論何時(shí)何地，無(wú)需配對(duì)或兼容的插座或線纜就可對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)在這方面有很大局限性：它要求必須將設(shè)備置于充電墊上并對(duì)準(zhǔn)精確的位置，其充電范圍有限且不能同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電。此外，金屬的干擾對(duì)該技術(shù)非常致命，因?yàn)榫o耦合技術(shù)采用100kHz~200 kHz的頻率范圍，而金屬在此范圍有最高的熱感應(yīng)，因此在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無(wú)法使用緊耦合方案進(jìn)行無(wú)線充電，否則將構(gòu)成安全隱患。

與緊耦合技術(shù)相比，松耦合的限制少了許多。無(wú)線充電三大聯(lián)盟分別是：無(wú)線充電聯(lián)盟WPC(Wireless Power Consortium)/Qi、電力事業(yè)聯(lián)盟PMA(Power Matters Alliance)以及無(wú)線電力聯(lián)盟A4WP(Alliance for Wireless Power)。其中，Qi和PMA采用磁感應(yīng)技術(shù)，而A4WP采用的是非接觸式充電的磁共振技術(shù)，即基于松耦合的無(wú)線充電技術(shù)，其自有品牌為Rezence，它采用6.78 MHz頻率，不僅克服了緊耦合技術(shù)的諸多局限性，而且通過(guò)使用現(xiàn)有藍(lán)牙智能技術(shù)，最大限度地降低對(duì)制造商的硬件要求。

近年來(lái)，無(wú)線通信市場(chǎng)發(fā)展日新月異，各種新興的電子產(chǎn)品層出不窮，不斷方便我們的日常生活。作為全球領(lǐng)先的高性能、高能效半導(dǎo)體方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體憑借廣博的技術(shù)專長(zhǎng)及微型化封裝優(yōu)勢(shì)，以智能手機(jī)、逾1,000萬(wàn)像素的高分辨率拍照、大功率要求、快速充電及無(wú)線充電、LTE等領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ攀袌?chǎng)增長(zhǎng)動(dòng)力，為智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等無(wú)線及便攜式應(yīng)用提供寬廣陣容的產(chǎn)品及方案，包括用于拍照模塊的圖像傳感器、自動(dòng)對(duì)焦和光學(xué)影像穩(wěn)定方案、電源和電池管理(包括智能有線及無(wú)線充電)、RF調(diào)諧、ESD保護(hù)、共模濾波器、EEPROM等等，持續(xù)推動(dòng)無(wú)線及便攜市場(chǎng)的高能效創(chuàng)新。

無(wú)線充電市場(chǎng)趨勢(shì)

對(duì)于所有需要電池的便攜式產(chǎn)品，無(wú)線充電無(wú)疑是一大令人興奮的新技術(shù)，可以擺脫充電器和線纜的束縛，隨時(shí)隨地進(jìn)行充電。

早期的手機(jī)有線充電器規(guī)格為5 V/1 A，隨著智能手機(jī)、平板電腦的興起，以及這類便攜產(chǎn)品更快的應(yīng)用程序處理器、更快的無(wú)線上網(wǎng)速度、更大的屏幕及更大容量電池的發(fā)展趨勢(shì)，充電器也逐漸演進(jìn)至3種充電方案：1)智能充電器，規(guī)格為5-12 V/1-4 A，能效視乎智能手機(jī)廠商與墻插式適配器制造商的設(shè)計(jì)。2)移動(dòng)電源On-the-Go(OTG)或一般稱為充電寶，能效視乎設(shè)計(jì)。3)無(wú)線充電。

無(wú)線充電技術(shù)于2015年開(kāi)始加速發(fā)展，當(dāng)前已有智能手機(jī)廠商為手機(jī)添加無(wú)線充電模塊，以增強(qiáng)其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但只限于第一代的緊耦合技術(shù)。無(wú)線充電除了緊耦合方案，還有松耦合，以及兼容緊耦合和松耦合的多模方案。

無(wú)線充電的愿景，是無(wú)論何時(shí)何地，無(wú)需配對(duì)或兼容的插座和線纜就可對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)在實(shí)現(xiàn)此一愿景方面有很大局限性：必須將設(shè)備置于充電墊上并對(duì)準(zhǔn)精確的位置，其充電范圍有限且不能同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電，也不能在金屬附近使用。緊耦合技術(shù)采用100至200kHz的頻率范圍，而金屬在此范圍有最高的熱感應(yīng)，所以在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無(wú)法使用緊耦合方案進(jìn)行無(wú)線充電，否則將構(gòu)成安全隱患。

基于松耦合或磁共振或品牌稱為Rezence的下一代的無(wú)線充電技術(shù)是基于空間自由的概念，擴(kuò)展無(wú)線電源應(yīng)用“超越充電墊”和配件市場(chǎng)至幾乎任一移動(dòng)電子設(shè)備或表面，采用6.78 MHz頻率，不僅克服上述緊耦合技術(shù)的局限性，而且通過(guò)使用現(xiàn)有藍(lán)牙智能技術(shù)，最大限度地降低對(duì)制造商的硬件要求，也令將來(lái)實(shí)現(xiàn)智能充電區(qū)成為可能，使得無(wú)論是在家里還是在公共場(chǎng)所，都可將多臺(tái)無(wú)線及便攜設(shè)備自由地放置到任意表面隨時(shí)隨地進(jìn)行充電，從而形成無(wú)線充電生態(tài)圈。這是因?yàn)樵谶@些表面下安裝有無(wú)線功率發(fā)射器，電力傳輸會(huì)根據(jù)發(fā)射器功率級(jí)別(Class)和相應(yīng)的接收器功率類別(Category)及需要充電的設(shè)備數(shù)量而進(jìn)行。例如，級(jí)別為3的發(fā)射器可傳輸16 W的功率，而智能手機(jī)的接收器類別為3即6.5 W，那么它可同時(shí)為2臺(tái)智能手機(jī)充電。由于能同時(shí)為多個(gè)不同功率要求的設(shè)備充電，松耦合無(wú)線充電技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。

圖1. 松耦合比較緊耦合

今年6月，電力事業(yè)聯(lián)盟(PMA)和無(wú)線電力聯(lián)盟Alliance for Wireless Power(A4WP)合并，合并后的聯(lián)盟最近正式宣布更名為AirFuel Alliance，將致力整合緊耦合和基于Rezence的松耦合技術(shù)，開(kāi)始是實(shí)現(xiàn)多模無(wú)線充電，即磁感應(yīng)和磁共振并存一段時(shí)間，但最終會(huì)朝向松耦合發(fā)展，并預(yù)計(jì)會(huì)成為無(wú)線充電的標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)為世界大部分的市場(chǎng)所采納。AirFuel Alliance擁有全球科技品牌、供應(yīng)鏈和市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者組成的超過(guò)195家公司成員，如高通、三星、聯(lián)想及安森美半導(dǎo)體等，且其在產(chǎn)業(yè)的勢(shì)頭還在迅猛擴(kuò)增。值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的應(yīng)用產(chǎn)品部執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理高騰博(Bob KIosterboer)代表公司出任董事會(huì)。

標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一是無(wú)線充電得以大量普及的重要因素。AirFuel Alliance已發(fā)布Rezence基本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(BSS) 1.2.1標(biāo)準(zhǔn)，并與中國(guó)通訊標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)、日本橫須賀研究園寬帶無(wú)線論壇(BWF)和韓國(guó)電訊技術(shù)協(xié)會(huì)(TTA)簽署了合作協(xié)議，旨在采納該最新標(biāo)準(zhǔn)作為各自獨(dú)立管理的國(guó)家無(wú)線電力傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)元素。此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)也已發(fā)布包含Rezence無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙低能耗(BLE)配置檔。美國(guó)已通過(guò)首個(gè)松耦合無(wú)線充電的發(fā)射器，預(yù)計(jì)采用松耦合的終端電子設(shè)備將于今年底或2016年初面世。相信配置發(fā)射器和接收器的基礎(chǔ)設(shè)施就緒，松耦合的發(fā)展指日可待。