再谈无线充电技术工作原理

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无线充电技术（Wireless charge technology ）源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式；大功率无线充电常采用谐振式（大部分电动汽车充电采用此方式）由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。


无线充电发展史
     1890年，物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）就已经做了无线输电试验，实现了交流发电。磁感应强度的国际单位制也是以他的名字命名的。特斯拉构想的无线输电方法，是把地球作为内导体、地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足，特斯拉的大胆构想并没有得到实现。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性，但世界还没有实现大同，想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。
      2007年6月7日，麻省理工学院的研究团队在美国《科学》杂志的网站上发表了研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波，利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米，但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。
      2014年2月，电脑厂商戴尔加盟了A4WP阵营，当时，阵营相关高层就表示，会对技术进行升级，支持戴尔等电脑厂商的超极本进行无线充电。市面上的传统笔记本电脑，大部分电源功率超过了50瓦，不过超极本使用了英特尔的低功耗处理器，将成为第一批用上无线充电的笔记本电脑。在此之前，无线充电技术，一直只和智能手机、小尺寸平板等“小”移动设备有关。不过，无线充电三大阵营之一的A4WP（“无线充电联盟”）日前宣布，其技术标准已经升级，所支持的充电功率增加到50瓦，意味着笔记本电脑、平板等大功率设备，也可以实现无线充电。


无线充电基本原理
     无线充电的基本原理主要就是两个部分，一个是电磁感应，另一个就是感应电动势。电磁感应定律其主要原理是闭合电路的一部分在磁场里做切割磁感线运动时就会产生感应电动势，有了感应电动势就能够驱动电子形成电流。通过这个原理我们给线圈提供一个不断变化的磁通量，线圈内就会产生电流，再将这部分电流整合为直流为手机充电。
换个意思就是说无线充电就是让无线充电器与待冲电子设备之间形成一个磁场，然后通过磁场携带能量来传输电力。手机与无线充电器之间没有物理接触，无线中的电压与电流都是通过磁场耦合而生成的，就是通过一对距离较近的相互耦合的电感应线圈来实现电与磁之间的转换。
      感应电动势的模型可以通过下图可以看出来，线圈1集成在无线充电器端，线圈2集成在手机端，充电器端的线圈半径要大于手机端的线圈。两者之前存在一定的距离，给线圈1施加一定的正弦电流，就会在线圈2出产生一定的磁感应。



无线充电技术分类
      无线充电技术按照原理和运作方式可以分为三种，电磁感应、无线电波以及电磁共振。
      电磁感应就是利用一对线圈之间的电磁感应来实现充电技术。在发送端与接收端都有一个线圈，发送端是无线充电器端，线圈集成为初级线圈也叫做发射线圈；在手机端也有一个线圈，线圈集成为次级线圈也叫做接收线圈。当电流通过发射线圈之后，便会产生磁场，接收线圈接受了磁场就会产生电磁感应，从而产生电动势，有了电压就会产生感应电流，就可以为手机冲电。这种技术两者之间的距离需要小于1cm，用户需要将待冲设备放在无线充电器表面上充电。
       无线电波由于空间巨大从而耗能高，所以使用比较少，基本原理类似于早期使用的矿山收音机。其中的微型高效接收器可以接收空间传输的无线电波。此技术由于存在巨大的空间损耗，所以一般只是使用在小功率的电子设备上，接受装置与发射装置之间的距离不能超过几米。
       电磁共振传输距离比较大，实验中运用到的线圈的直径高达几十厘米，此种方法还不能商业化，因为商业化产品中使用的线圈都是几厘米的，但是尺寸过小接收端接收的功率就会降低。不过随着技术的不断更新，相信在以后的电子产品中电磁共振原理的无线充电器可以得到广泛的应用。


无线充电和有线充电对比
1.无线与有线充电的充电时间
      根据无线充电器设计的要求，无线充电器的充电时间不能超过有线充电一小时，而且总时间不能超过4个小时。
      我们对同一个手机分别进行了无线充电和有限充电直到充满，得到了充电时间。有线充电时间为110分钟，恒流电流为750mA，过程包括滴流充电、恒流充电和恒压充电。而无线充电的时间为150分钟，恒流电流为560mA，整个过程也包括滴流充电、恒流电流和恒压电流。
对此实验结果进行分析，无线充电的时间为150分，只比有线充电时间长40分钟，而且总的时间没有超过4个小时，完全符合设计的需求。
2.无线充电效率
        除了对无线充电时间的测试，同时也对无线充电进行了无线充电效率测试。经过试验得出的结果是无线充电的平均效率可以达到65%，符合设计要求。最大充电效率为68.8%，虽然在滴流充电和恒压充电过程中充电效率没有达到65%，但是从总体上来看，平均充电效率基本上达到了65%。

无线充电标准
       主流的无线充电标准有五种：Qi标准、Power MattersAlliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。
1、Qi标准
      Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织--无线充电联盟(Wireless PowerConsortium,简称WPC)推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。
市场比较主流的无线充电技术主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波、以及共振作用，而Qi采用了最为主流的电磁感应技术。在技术应用方面，中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。据悉，Qi在中国的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。
2、Power Matters Alliance标准
      PowerMatters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的，而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营，拥有比较出色的综合实力。除此以外，Powermat还是Alliance for WirelessPower(A4WP)标准的支持成员之一。
已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟(Power Matters Alliance缩写)。PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。
      DuracellPowermat公司推出过一款WiCC充电卡采用的就是Power Matters Alliance标准。WiCC比SD卡大一圈，内部嵌入了用于电磁感应式非接触充电的线圈和电极等组件，卡片的厚度较薄，插入现有智能手机电池旁边即可利用，利用该卡片可使很多便携终端轻松支持非接触充电。
3、A4WP标准
      A4WP是Alliance for WirelessPower标准的简称，由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建。该联盟还包括Ever Win Industries、Gill Industries、PeikerAcustic和SK Telecom等成员，目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。
4、iNPOFi技术
   iNPOFi（“invisible power field”，即“不可见的能量场”）无线充电是一种新的无线充电技术。其无线充电系列产品采用智能电传输无线充电技术，具备无辐射、高电能转化效率、热效应微弱等特性。
     iNPOFi智能无辐射技术与现有其他的无线充电技术相比，iNPOFi没有辐射，采用电场脉冲模式，不产生任何辐射，中国泰尔实验室测试结果显示，辐射增加值近乎零。在高效方面，泰尔试验室还测定，该技术的产品，充电传输效率高达90%以上，彻底改变了传统无线充电最高70%以下电转换低效率问题。
     在智能管理方面，采用芯片适配管理技术，其中包括：自动开启、关闭充电过程；自动适配需要的电压、电流，管理充电过程，以确保较高的充电效率；并可以使用一个统一的充电板，为任何品牌、型号的电子产品，进行安全、便利、高效的充电。在安全性方面，同时考虑到了各种弱电充电中的安全性问题，如静电ESD保护、防过充、防冲击等等，甚至若受电设备自身电源管理出现问题时，可以通过inpofi芯片自动熔断保护电子设备不被损坏。
      值得一提的是，对于智能设备厂商而言，inpofi以一颗极小的芯片为核心，实现了超微化设计，仅有1/4个五毛硬币大小，可以方便的集成到任何设备中，也可以集成到各种形态的可穿戴设备中。这是传统电磁原理的产品无法达到的。
     iNPOFi技术作为新一代无线充电技术标准，高效、绿色、便捷、经济。采用该技术的充电设备包含电源发射装置和电源接收装置两部分，发射装置大小、薄厚与普通手机相当，接收装置嵌入手机保护套中，将手机套上保护套，平放在发射装置上进行充电。充电过程中，手机不需要插上任何连接线。相关检测显示，充电过程中电磁辐射为零，电能效率转换达94．7%，接近有线充电。充电设备支持低电压供电，兼容普通USB供电；实现低温充电，有效保障设备及电池的使用安全及寿命。
5、Wi-Po技术
     Wi-Po技术，为Wi-Po磁共振无线充电技术，利用高频恒定幅值交变磁场发生装置，产生6.78MHz的谐振磁场，实现更远的发射距离。
该技术通过蓝牙4.0实现通讯控制，安全可靠，并且可以支持一对多同步通信，同时还具有过温、过压、过流保护和异物检测功能。该技术由于使用的载体为空间磁场，能量不会像电磁波那般发射出去，所以不会对人体造成辐射伤害。
Wi-Po磁共振无线充电可应用于手机、电脑、智能穿戴、智能家居、医疗设备、电动汽车等各种场景。