无线充电动向

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摘要：介绍了WPC等多种无线充电方式，以及无线充电的原理、设计问题及无线充电的未来趋势。

关键词：无线充电；线圈耦合；WPC；效率；辐射无线充电的几种方式

通过线圈之间的能量耦合或信息耦合可以发电，这个现象人类很早就意识到了，关键在于怎样实现。

目前主要有五大类方式(图1)。

传导式充电是Wildcharge最初设计的。特点要特别设计一个支架，把手机放上去。

RF无线充电主要通过射频(RF)和微波实现远距离充电，代表企业Powercast。

简单线圈耦合电动牙刷就采用这种简单耦合方式。

普通的无线充电复杂的线圈耦合，真正把无线充电引入市场，代表企业有Powermat、Palm等。这类产品能够实现在其体系范围内对很多支持无线充电的产品进行充电、它已经非常接近WPC(无线电源联盟)的无线充电的目标：有一个平台，把手机等无线终端放上去就可以实现充电。

WPC标准充电无线充电发展的最大阻力是不兼容性。事实上，我国一些本土企业做出了非常便宜的无线充电方案，但有些受到市场的适用范围所限。

WPC是在WPC框架下致力于开发产品。绿色图标(10go)是“Qi”，其起名与中国的太极相关，图标的“Q”和“i”两个字母没有连在一起，预示着下面是一个pad(充电平板)，上面是一个带天线的无线终端设备。

发展至今，WPc的低功率(5w标准v1，0是20lO年7月份最终定稿的，从那时至今，从50多名成员发展到90多成员，同时，成员行业背景广泛，分布在半导体、运营商、终端设备制造商(手机制造商)等领域。

无线充电市场

无线充电的市场预测数据还不很明朗。据IMS Research 2010年分析，根据市场应用角度，通常分为五大类(如表1)，其中，手机的占有率最高。

图2给出了三种预期。到2014年时，中等估计是达到2亿多件。

未来应用场景

WPC目前是唯一为不足5W的低功率应用制定了规范的行业标准组织。据悉，WPC联盟正在为中功率(125W)制订标准，涉及到笔记本充电和电动工具的充电。

展望未来的WPC的应用场景、会出现中高功率的无线充电解决方案。如图3，电视下面可有一个pad，通过线圈耦合实现。笔记本电脑现在很少用到DVD／CD光驱，可以把光驱部分换成无线充电器。机场或者充电桩也可以做无线充电设备。办公桌、会议桌可提供无线充电方式，休闲娱乐和社交场合也可以实现无线充电，也有一些大型汽车厂商在研发此类装置。

据TI(德州仪器)电池管理方案市场拓展经理文司华介绍，现在具体应用场景主要在公共场合率先展开，例如学校教室旁的iPad或手机充电车。另外一个不错的应用场景是车载手机充电。至于会议室或家庭应用，可能用户接受还需要一些时间。

无线充电方案

典型的无线充电方案可以分成两部分(如图4)。左侧是TX(发射器)，右侧是Rx(接收器)。

左侧实现AC到Dc，无线的部分是指终端部分和电源是无线关联的，这个部分的核心是线圈，线圈作为一个最关键的整体，具有单向电源传输和单向通信传输。

因为有无线线圈的存在，能够巧妙地把Power(电)和通讯结合在一起，实现单向的传输。电源部分有一个简单的驱动器，会对线圈上的信号进行传感(电流和电压的传感)，然后回到控制器、驱动器，协调整个无线的能量运作。

右侧接收端的线圈接收到这个信号和能量以后，进行整流(把产生出来的交流信号变成直流信号)，然后进行电压调节，例如目前TI的bqTESLA产品是5V的产品，在5V时，负载可以带动1A的负载，最高功率是5W。控制器通过线圈对信号进行小幅干扰。

Tl推出的无线充电方案

根据此理念，TI推出了bqTESLA、这是由物理学家特斯拉(Tesla)的名字演变而来，意味着无线充电变成现实。据TI的文司华介绍，bqTESLA芯片组的特点是小型、集成。

bqTESLA芯片组包括发射端和接收端。TI目前已公布两套解决方案，第一代是bqTESLAlOOLP，以分立式组件为基准，2010年11月推出。第二代是bqTESLAl5OLP，建立在集成型单芯片bq5t013接收器方案基础之上，可优化性能、尺寸和成本(第二代RX＋第一代TX)，2011年4月推出。

在小型化方面，第二代产品的bqslOl3只有3mm×1，9ram，2，5w设计的PcB(印制电路板)是15minx 50mm×1，5mm，加上线圈可以用在手机背壳上面(图5)，当然整个方案会比现有的手机背壳稍微厚一点。

发射端对空间大小没有特别苛求，但发射端的产品也希望做得美观(薄型)。

无线充电的距离与效率

关于无线充电的距离，WPC的标准是5mm，因为距离远后会显现辐射问题。从辐射角度看，无线电场的发射没有方向性，如果要达到远距离传输，要提高共振的频率，此时大家使用手机时就有点想法了，担心自己手机的辐射。

WPC的网站上有很多讨论辐射问题的，其中一个讨论列举了非电离的电磁场数据，但没有具体的结论，大意是如果要远距离充电，要实现充电所达到的电源(能量)的级别，电磁场的强度应该是超过人体所能够承受的限度。

在距离5mm时，TI的第二代芯片的效率是73％。第一代是70％。因此从效率角度，不能与带导线电源相提并论，因为高效的开关式电源可以达到90％的能效。

那么，为何还要发展无线充电?TI的文司华称，TI对无线充电的发展思路是希望一套传输发射端可以取代多套带导线的充电器，如果是1：1充电，恐怕是比不过有线充电的。

70％～73％效率时。散热如何解决的?对于5W充电，会有1，5W左右的损耗，分配在接收端和发射端两边。散热很多原因是由于线圈本身的内阻，以及中间形成损耗的散热，这需要通过合理的设计来解决。例如发射端空间较大，散热应该不是问题：接收端线圈背后的空间可以用一些简单的铝片和石墨片散热。

无线未来将挑战USB

目前，USB有线充电已经十分普及，无线充电是否会和USB形成竞争?USB出现之前也有很多不同的充电标准，例如12V、19V方案，曾经有人判断USB很早以前就应该消失了、但是USB被大众接受了。

因此，最终要看无线充电能不能确实切合用户的利益，是否优于USB充电(包括数据传输和充电的便利)。很多WPC成员的愿景是，几年之后，携带移动产品时不再另带一根线。