無線充電動向

摘要：介紹了WPC等多種無線充電方式，以及無線充電的原理、設計問題及無線充電的未來趨勢。

關鍵詞：無線充電；線圈耦合；WPC；效率；輻射無線充電的幾種方式

通過線圈之間的能量耦合或信息耦合可以發電，這個現象人類很早就意識到了，關鍵在于怎樣實現。

目前主要有五大類方式(圖1)。

傳導式充電是Wildcharge最初設計的。特點要特別設計一個支架，把手機放上去。

RF無線充電主要通過射頻(RF)和微波實現遠距離充電，代表企業Powercast。

簡單線圈耦合電動牙刷就采用這種簡單耦合方式。

普通的無線充電復雜的線圈耦合，真正把無線充電引入市場，代表企業有Powermat、Palm等。這類產品能夠實現在其體系范圍內對很多支持無線充電的產品進行充電、它已經非常接近WPC(無線電源聯盟)的無線充電的目標：有一個平臺，把手機等無線終端放上去就可以實現充電。

WPC標準充電無線充電發展的最大阻力是不兼容性。事實上，我國一些本土企業做出了非常便宜的無線充電方案，但有些受到市場的適用范圍所限。

WPC是在WPC框架下致力于開發產品。綠色圖標(10go)是“Qi”，其起名與中國的太極相關，圖標的“Q”和“i”兩個字母沒有連在一起，預示著下面是一個pad(充電平板)，上面是一個帶天線的無線終端設備。

發展至今，WPc的低功率(5w標準v1，0是20lO年7月份最終定稿發布的，從那時至今，從50多名成員發展到90多成員，同時，成員行業背景廣泛，分布在半導體、運營商、終端設備制造商(手機制造商)等領域。

無線充電市場

無線充電的市場預測數據還不很明朗。據IMS Research 2010年分析，根據市場應用角度，通常分為五大類(如表1)，其中，手機的占有率最高。

圖2給出了三種預期。到2014年時，中等估計是達到2億多件。

未來應用場景

WPC目前是唯一為不足5W的低功率應用制定了規范的行業標準組織。據悉，WPC聯盟正在為中功率(125W)制訂標準，涉及到筆記本充電和電動工具的充電。

展望未來的WPC的應用場景、會出現中高功率的無線充電解決方案。如圖3，電視下面可有一個pad，通過線圈耦合實現。筆記本電腦現在很少用到DVD／CD光驅，可以把光驅部分換成無線充電器。機場或者充電樁也可以做無線充電設備。辦公桌、會議桌可提供無線充電方式，休閑娛樂和社交場合也可以實現無線充電，也有一些大型汽車廠商在研發此類裝置。

據TI(德州儀器)電池管理方案市場拓展經理文司華介紹，現在具體應用場景主要在公共場合率先展開，例如學校教室旁的iPad或手機充電車。另外一個不錯的應用場景是車載手機充電。至于會議室或家庭應用，可能用戶接受還需要一些時間。

無線充電方案

典型的無線充電方案可以分成兩部分(如圖4)。左側是TX(發射器)，右側是Rx(接收器)。

左側實現AC到Dc，無線的部分是指終端部分和電源是無線關聯的，這個部分的核心是線圈，線圈作為一個最關鍵的整體，具有單向電源傳輸和單向通信傳輸。

因為有無線線圈的存在，能夠巧妙地把Power(電)和通訊結合在一起，實現單向的傳輸。電源部分有一個簡單的驅動器，會對線圈上的信號進行傳感(電流和電壓的傳感)，然后回到控制器、驅動器，協調整個無線的能量運作。

右側接收端的線圈接收到這個信號和能量以后，進行整流(把產生出來的交流信號變成直流信號)，然后進行電壓調節，例如目前TI發布的bqTESLA產品是5V的產品，在5V時，負載可以帶動1A的負載，最高功率是5W。控制器通過線圈對信號進行小幅干擾。

Tl推出的無線充電方案

根據此理念，TI推出了bqTESLA、這是由物理學家特斯拉(Tesla)的名字演變而來，意味著無線充電變成現實。據TI的文司華介紹，bqTESLA芯片組的特點是小型、集成。

bqTESLA芯片組包括發射端和接收端。TI目前已公布兩套解決方案，第一代是bqTESLAlOOLP，以分立式組件為基準，2010年11月推出。第二代是bqTESLAl5OLP，建立在集成型單芯片bq5t013接收器方案基礎之上，可優化性能、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，第二代產品的bqslOl3只有3mm×1，9ram，2，5w設計的PcB(印制電路板)是15minx 50mm×1，5mm，加上線圈可以用在手機背殼上面(圖5)，當然整個方案會比現有的手機背殼稍微厚一點。

發射端對空間大小沒有特別苛求，但發射端的產品也希望做得美觀(薄型)。

無線充電的距離與效率

關于無線充電的距離，WPC的標準是5mm，因為距離遠后會顯現輻射問題。從輻射角度看，無線電場的發射沒有方向性，如果要達到遠距離傳輸，要提高共振的頻率，此時大家使用手機時就有點想法了，擔心自己手機的輻射。

WPC的網站上有很多討論輻射問題的，其中一個討論列舉了非電離的電磁場數據，但沒有具體的結論，大意是如果要遠距離充電，要實現充電所達到的電源(能量)的級別，電磁場的強度應該是超過人體所能夠承受的限度。

在距離5mm時，TI的第二代芯片的效率是73％。第一代是70％。因此從效率角度，不能與帶導線電源相提并論，因為高效的開關式電源可以達到90％的能效。

那么，為何還要發展無線充電?TI的文司華稱，TI對無線充電的發展思路是希望一套傳輸發射端可以取代多套帶導線的充電器，如果是1：1充電，恐怕是比不過有線充電的。

70％～73％效率時。散熱如何解決的?對于5W充電，會有1，5W左右的損耗，分配在接收端和發射端兩邊。散熱很多原因是由于線圈本身的內阻，以及中間形成損耗的散熱，這需要通過合理的設計來解決。例如發射端空間較大，散熱應該不是問題：接收端線圈背后的空間可以用一些簡單的鋁片和石墨片散熱。

無線未來將挑戰USB

目前，USB有線充電已經十分普及，無線充電是否會和USB形成競爭?USB出現之前也有很多不同的充電標準，例如12V、19V方案，曾經有人判斷USB很早以前就應該消失了、但是USB被大眾接受了。

因此，最終要看無線充電能不能確實切合用戶的利益，是否優于USB充電(包括數據傳輸和充電的便利)。很多WPC成員的愿景是，幾年之后，攜帶移動產品時不再另帶一根線。