無(wú)線(xiàn)充電未來(lái)方向

通過(guò)線(xiàn)圈之間的能量耦合或信息耦合可以發(fā)電，這個(gè)現(xiàn)象人類(lèi)很早就意識(shí)到了，關(guān)鍵在于怎樣實(shí)現(xiàn)。

目前主要有五大類(lèi)方式

傳導(dǎo)式充電

是Wildcharge最初設(shè)計(jì)的。特點(diǎn)要特別設(shè)計(jì)一個(gè)支架，把手機(jī)放上去。

RF無(wú)線(xiàn)充電

主要通過(guò)射頻(RF)和微波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離充電，代表企業(yè)Powercast。

簡(jiǎn)單線(xiàn)圈耦合

電動(dòng)牙刷就采用這種簡(jiǎn)單耦合方式。

普通的無(wú)線(xiàn)充電

復(fù)雜的線(xiàn)圈耦合，真正把無(wú)線(xiàn)充電引入市場(chǎng)，代表企業(yè)有Powermat、Palm等。這類(lèi)產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)在其體系范圍內(nèi)對(duì)很多支持無(wú)線(xiàn)充電的產(chǎn)品進(jìn)行充電，它已經(jīng)非常接近WPC(無(wú)線(xiàn)電源聯(lián)盟)的無(wú)線(xiàn)充電的目標(biāo)：有一個(gè)平臺(tái)，把手機(jī)等無(wú)線(xiàn)終端放上去就可以實(shí)現(xiàn)充電。

WPC標(biāo)準(zhǔn)充電

無(wú)線(xiàn)充電發(fā)展的最大阻力是不兼容性。事實(shí)上，我國(guó)一些本土企業(yè)做出了非常便宜的無(wú)線(xiàn)充電方案，但有些受到市場(chǎng)的適用范圍所限。

WPC是在WPC框架下致力于開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。綠色圖標(biāo)(logo)是“Qi”，其起名與中國(guó)的太極相關(guān)，圖標(biāo)的“Q”和“i”兩個(gè)字母沒(méi)有連在一起，預(yù)示著下面是一個(gè)pad(充電平板)，上面是一個(gè)帶天線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)終端設(shè)備。

發(fā)展至今，WPC的低功率(5W標(biāo)準(zhǔn)V1.0是2010年7月份最終定稿發(fā)布的，從那時(shí)至今，從50多名成員發(fā)展到90多成員，同時(shí)，成員行業(yè)背景廣泛，分布在半導(dǎo)體、運(yùn)營(yíng)商、終端設(shè)備制造商(手機(jī)制造商)等領(lǐng)域。

無(wú)線(xiàn)充電市場(chǎng)

無(wú)線(xiàn)充電的市場(chǎng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)還不很明朗。據(jù)IMSResearch2010年分析，根據(jù)市場(chǎng)應(yīng)用角度，通常分為五大類(lèi)(如表1)，其中，手機(jī)的占有率最高。

WPC目前是唯一為不足5W的低功率應(yīng)用制定了規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織。據(jù)悉，WPC聯(lián)盟正在為中功率(125W)制訂標(biāo)準(zhǔn)，涉及到筆記本充電和電動(dòng)工具的充電。

展望未來(lái)的WPC的應(yīng)用場(chǎng)景，會(huì)出現(xiàn)中高功率的無(wú)線(xiàn)充電解決方案。如圖3，電視下面可有一個(gè)pad，通過(guò)線(xiàn)圈耦合實(shí)現(xiàn)。筆記本電腦現(xiàn)在很少用到DVD/CD光驅(qū)，可以把光驅(qū)部分換成無(wú)線(xiàn)充電器。機(jī)場(chǎng)或者充電樁也可以做無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備。辦公桌、會(huì)議桌可提供無(wú)線(xiàn)充電方式，休閑娛樂(lè)和社交場(chǎng)合也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電，也有一些大型汽車(chē)廠商在研發(fā)此類(lèi)裝置。

據(jù)TI(德州儀器)電池管理方案市場(chǎng)拓展經(jīng)理文司華介紹，現(xiàn)在具體應(yīng)用場(chǎng)景主要在公共場(chǎng)合率先展開(kāi)，例如學(xué)校教室旁的iPad或手機(jī)充電車(chē)。

另外一個(gè)不錯(cuò)的應(yīng)用場(chǎng)景是車(chē)載手機(jī)充電。至于會(huì)議室或家庭應(yīng)用，可能用戶(hù)接受還需要一些時(shí)間。
   
無(wú)線(xiàn)充電方案

典型的無(wú)線(xiàn)充電方案可以分成兩部分(如圖4)。左側(cè)是TX(發(fā)射器)，右側(cè)是RX(接收器)。

左側(cè)實(shí)現(xiàn)AC到DC，無(wú)線(xiàn)的部分是指終端部分和電源是無(wú)線(xiàn)關(guān)聯(lián)的，這個(gè)部分的核心是線(xiàn)圈，線(xiàn)圈作為一個(gè)最關(guān)鍵的整體，具有單向電源傳輸和單向通信傳輸。

因?yàn)橛袩o(wú)線(xiàn)線(xiàn)圈的存在，能夠巧妙地把Power(電)和通訊結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)單向的傳輸。電源部分有一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器，會(huì)對(duì)線(xiàn)圈上的信號(hào)進(jìn)行傳感(電流和電壓的傳感)，然后回到控制器、驅(qū)動(dòng)器，協(xié)調(diào)整個(gè)無(wú)線(xiàn)的能量運(yùn)作。[!--empirenews.page--]

右側(cè)接收端的線(xiàn)圈接收到這個(gè)信號(hào)和能量以后，進(jìn)行整流(把產(chǎn)生出來(lái)的交流信號(hào)變成直流信號(hào))，然后進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，例如目前TI發(fā)布的bqTESLA產(chǎn)品是5V的產(chǎn)品，在5V時(shí)，負(fù)載可以帶動(dòng)1A的負(fù)載，最高功率是5W?？刂破魍ㄟ^(guò)線(xiàn)圈對(duì)信號(hào)進(jìn)行小幅干擾。

TI推出的無(wú)線(xiàn)充電方案

根據(jù)此理念，TI推出了bqTESLA，這是由物理學(xué)家特斯拉(Tesla)的名字演變而來(lái)，意味著無(wú)線(xiàn)充電變成現(xiàn)實(shí)。據(jù)TI的文司華介紹，bqTESLA芯片組的特點(diǎn)是小型、集成。

bqTESLA芯片組包括發(fā)射端和接收端。TI目前已公布兩套解決方案，第一代是bqTESLA100LP，以分立式組件為基準(zhǔn)，2010年11月推出。第二代是bqTESLA150LP，建立在集成型單芯片bq51013接收器方案基礎(chǔ)之上，可優(yōu)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(chǎn)品的bq51013只有3mm×1.9mm，2.5W設(shè)計(jì)的PCB(印制電路板)是15mm×50mm×1.5mm，加上線(xiàn)圈可以用在手機(jī)背殼上面(圖5)，當(dāng)然整個(gè)方案會(huì)比現(xiàn)有的手機(jī)背殼稍微厚一點(diǎn)。

發(fā)射端對(duì)空間大小沒(méi)有特別苛求，但發(fā)射端的產(chǎn)品也希望做得美觀(薄型)。

無(wú)線(xiàn)充電的距離與效率

關(guān)于無(wú)線(xiàn)充電的距離，WPC的標(biāo)準(zhǔn)是5mm，因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)后會(huì)顯現(xiàn)輻射問(wèn)題。從輻射角度看，無(wú)線(xiàn)電場(chǎng)的發(fā)射沒(méi)有方向性，如果要達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸，要提高共振的頻率，此時(shí)大家使用手機(jī)時(shí)就有點(diǎn)想法了，擔(dān)心自己手機(jī)的輻射。

WPC的網(wǎng)站[1]上有很多討論輻射問(wèn)題的，其中一個(gè)討論列舉了非電離的電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，但沒(méi)有具體的結(jié)論，大意是如果要遠(yuǎn)距離充電，要實(shí)現(xiàn)充電所達(dá)到的電源(能量)的級(jí)別，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度應(yīng)該是超過(guò)人體所能夠承受的限度。

在距離5mm時(shí)，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(dǎo)線(xiàn)電源相提并論，因?yàn)楦咝У拈_(kāi)關(guān)式電源可以達(dá)到90%的能效。

那么，為何還要發(fā)展無(wú)線(xiàn)充電?TI的文司華稱(chēng)，TI對(duì)無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)展思路是希望一套傳輸發(fā)射端可以取代多套帶導(dǎo)線(xiàn)的充電器，如果是1：1充電，恐怕是比不過(guò)有線(xiàn)充電的。

70%~73%效率時(shí)，散熱如何解決的?對(duì)于5W充電，會(huì)有1.5W左右的損耗，分配在接收端和發(fā)射端兩邊。散熱很多原因是由于線(xiàn)圈本身的內(nèi)阻，以及中間形成損耗的散熱，這需要通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)解決，例如發(fā)射端空間較大，散熱應(yīng)該不是問(wèn)題;接收端線(xiàn)圈背后的空間可以用一些簡(jiǎn)單的鋁片和石墨片散熱。

無(wú)線(xiàn)未來(lái)將挑戰(zhàn)USB

目前，USB有線(xiàn)充電已經(jīng)十分普及，無(wú)線(xiàn)充電是否會(huì)和USB形成競(jìng)爭(zhēng)?USB出現(xiàn)之前也有很多不同的充電標(biāo)準(zhǔn)，例如12V、19V方案，曾經(jīng)有人判斷USB很早以前就應(yīng)該消失了，但是USB被大眾接受了。

因此，最終要看無(wú)線(xiàn)充電能不能確實(shí)切合用戶(hù)的利益，是否優(yōu)于USB充電(包括數(shù)據(jù)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(dòng)產(chǎn)品時(shí)不再另帶一根線(xiàn)。