無線充電解決方案 無線充電方法種類

如今，無線充電已經(jīng)廣為人知，不再是一個(gè)新鮮詞匯，眾多行業(yè)對(duì)這一技術(shù)的接受度越來越高，其相比傳統(tǒng)的有線插拔、觸點(diǎn)方式，優(yōu)勢(shì)明顯。然而，中大功率無線充電行業(yè)應(yīng)用的眾多先行者卻對(duì)它愛恨交加，雖然認(rèn)可無線充電的行業(yè)應(yīng)用趨勢(shì)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中備受“折磨”，甚至還有些“小失落”，安全可靠性是主要原因。

縱觀無線充電中大功率行業(yè)應(yīng)用，對(duì)充電效率、尺寸、充電距離、認(rèn)證等方面的討論較為常見，但這只是方案應(yīng)用的基本要求。眾多方案提供商對(duì)一個(gè)專業(yè)詞匯諱莫如深，那就是“FOD”。FOD全稱“Foreign Object Detection”，即“異物檢測(cè)及保護(hù)機(jī)制”。

目前中大功率無線充電方案能量傳輸?shù)念l率一般在KHz到百KHz范圍內(nèi)，該頻率段對(duì)常見金屬都有渦流加熱效應(yīng)，用一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行說明更加形象，那就是“電磁爐”。然而，無線充電技術(shù)追求的是高效的電能傳輸，而非渦流加熱。

無線充電區(qū)域內(nèi)如果有金屬異物存在，金屬異物會(huì)因渦流效應(yīng)而被持續(xù)加熱，有損壞設(shè)備甚至引發(fā)火災(zāi)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。所以無線充電方案在行業(yè)應(yīng)用中應(yīng)該避免渦流效應(yīng)，從而提高傳輸效率和安全性。

FOD技術(shù)在手機(jī)無線充電方案中，由于功率較低、充電距離較短，實(shí)現(xiàn)難度不大，已被廣泛應(yīng)用。但在幾十瓦以上乃至千瓦級(jí)別的中大功率行業(yè)應(yīng)用中，目前市面上的無線充電方案都沒有完善的FOD保護(hù)功能，且各大方案商在市場(chǎng)推廣過程中都避免提及這個(gè)詞匯。原因顯而易見，他們的無線充電方案沒有FOD功能。中大功率FOD技術(shù)壁壘較高，需要深厚的技術(shù)沉淀，而磁跡科技已經(jīng)成為FOD技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者，一騎絕塵。

無線充電是目前新興的充電技術(shù)，但在目前研發(fā)測(cè)試中存在很多難點(diǎn)，其中功率效率尤為困難，本文總結(jié)目前在多家企業(yè)、高校、研究院測(cè)試時(shí)遇到的問題以及解決方案，希望幫助行業(yè)解決問題，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

一、無線充電方法種類

無線充電的方法根據(jù)其原理的不同可分為四種，電磁感應(yīng)式，磁共振式，無線電波式，電場(chǎng)耦合式。

1. 電磁感應(yīng)式

初級(jí)線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。目前最為常見的充電解決方案就采用了電磁感應(yīng)，特點(diǎn)是傳輸距離短、使用位置相對(duì)固定，但是能量效率較高、技術(shù)簡(jiǎn)單，很適合作為無線充電技術(shù)使用。

2. 磁場(chǎng)共振式

由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個(gè)裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術(shù)，可以用于遠(yuǎn)距離充電，充電距離可達(dá)上千米。

3.無線電波式

其使用類似于wifi，使用2.45GHz的電波發(fā)生裝置傳送電力，發(fā)送裝置與微波爐使用的“磁控管”基本相同。傳送的微波也是交流電波，可用天線在不同方向接收，用整流電路轉(zhuǎn)換成直流電為汽車電池充電，主要存在的問題是效率過低。

4.電場(chǎng)耦合式

其原理是電感耦合，當(dāng)兩個(gè)距離較近的線圈被磁化后，產(chǎn)生磁場(chǎng)，另一個(gè)線圈感應(yīng)到磁場(chǎng)后產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，其優(yōu)勢(shì)是可以將裝置體積做小，嵌入到產(chǎn)品中，同時(shí)也解決了溫升問題，目前研究者較少。

二、原理及測(cè)試難點(diǎn)

目前主流的無線充電方法仍然是電磁感應(yīng)式，其研究最早，最深，研究者也最多，標(biāo)準(zhǔn)也在逐步普及，形成了發(fā)射和接收端兩大產(chǎn)業(yè)鏈，無線充電行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，但是目前測(cè)試方面，由于無線充電采用頻率較高，例如，汽車無線充電目前普遍采用85KHz，所以其測(cè)試難點(diǎn)在于功耗，效率測(cè)試，如下圖，一般要求測(cè)試的是DC-DC端效率和發(fā)射與接收端的AC-AC效率，DC-DC端很容易測(cè)試，難點(diǎn)在于AC-AC端的效率測(cè)試。

無線充電移動(dòng)電源指的就是內(nèi)部安置有電池的裝置，通過無線感應(yīng)的方式取得電力并為設(shè)備進(jìn)行充電，通俗點(diǎn)來說，就是不需要充電線的充電寶，其主要的工作原理是利用的電磁爐原理，即當(dāng)電流通過線圈后，會(huì)在其中產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的形成會(huì)產(chǎn)生出電壓，而有了電壓后便會(huì)產(chǎn)生電流，產(chǎn)出的電流就可以利用充電了。

電源輸入： 5V2A內(nèi)置

待機(jī)功耗： 30uA(MAX)

內(nèi)置電池充電電流： 2A(MAX)

USB接口輸出： 5V 2A

無線充電器輸出功率： 5W

無線充電器工作頻率范圍： 110KHZ-205KHZ

無線開機(jī)待機(jī)功耗： less than 10mA

發(fā)射距離： 5~8mm

轉(zhuǎn)換效率： 71%(MAX)

外殼表面溫度： 40℃(MAX)

充放電提示： LED、Buzzer

工作溫度： 0℃(32)F-40℃(104)

儲(chǔ)藏溫度： -20℃(-4)F-60℃(140)

保護(hù)功能：過壓保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)，過溫保護(hù)，金屬異物檢測(cè)。

無線充電技術(shù)發(fā)展至今在電子領(lǐng)域已經(jīng)被深入研究應(yīng)用，雖然還未曾大范圍普及，但在消費(fèi)電子領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)取得不錯(cuò)的成績(jī)。手機(jī)廠商也紛紛在自家旗艦機(jī)上加入這一革新性的先進(jìn)充電技術(shù)，如三星S6、索尼Xperia Z3+、谷歌Nexus 6、諾基亞Lumia 930等手機(jī)均采用了無線充電技術(shù)。那么，未來無線充電技術(shù)發(fā)展會(huì)如何呢?現(xiàn)如今都有哪些常見的無線充電解決方案，下面讓我們一起來了解下：

一、無線充電聯(lián)盟(WPC)：電磁感應(yīng)方式，2008年12月成立。

目前WPC在商業(yè)推廣中的QI標(biāo)準(zhǔn)目前已有172家會(huì)員公司：德州儀器(TI)、飛利浦、飛思卡爾(Freescale)、東芝(Toshiba) 、微軟、松下、三星、索尼、高通(最后加入)等等。

無線充電聯(lián)盟(WPC)共同制定的無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi采用的是電磁感應(yīng)方式。但這技術(shù)還有比較多的缺陷，比如最大輸出功率只有5W，所以充電速度上會(huì)非常有局限。

從市場(chǎng)規(guī)模上，Qi無疑是目前最為普及的，值得關(guān)注的是，Qi的最新標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)7至45毫米的無線充電距離，算是一個(gè)小小的突破。

QI標(biāo)注采用的電磁感應(yīng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，制作容易

缺點(diǎn)：傳輸距離嚴(yán)重受限

實(shí)例如下：

1、德州儀器(TI)：最早量產(chǎn)無線充電方案公司

第一種：WPC主要會(huì)員之一的德州儀器(TI)，已推出業(yè)界首款無線電源傳輸控制芯片套片。該套片包含一片bq500110單通道發(fā)射控制芯片，一片bq51013單通道接收控制芯片。TI是最早量產(chǎn)無線充電方案公司。

第二種：

1、15V 輸入發(fā)射端：

(1)功能描述:

第二代數(shù)字無線電源控制發(fā)射端

用于便攜式設(shè)備如手機(jī)等的充電

輸入 5V 直流電,輸出 10V 交流電

可尋找將被供電的 WPC 兼容器件

接收來自被供電器件數(shù)據(jù)包通信并管理電源傳送

(2)重要特征：

動(dòng)態(tài)電源限制 (DPL)

符合無線電源聯(lián)盟 (WPC) 類型 A5 和類型 A11 發(fā)送器規(guī)范的 5V 運(yùn)行

數(shù)字解調(diào)減少了組件