详解九大无线充电技术

随着物联网(IoT)、可穿戴和便携式设备的发展,消费者开始厌倦杂乱的电缆和需要频繁充电的电池。无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚。当前市场上各种各样的近场、远场充电无线技术,其中包括感应式、谐振式、超声及红外线充电等等,这些技术都需要遵循不同的标准,也需要不同程度的折中。随着人们对无线世界的向往,预计充电技术将出现急剧增长。

国外研发无线充电技术(包括芯片/方案/发射接收器件)的企业主要包括了IDT、TI、Freescale、高通、博通、安森美、Maxim、凌力尔特、NXP、ST、Intel(今年五月已关闭该业务)、Fulton、Witricity、PowerbyProxi(三星投资)、Energous、Delphi、松下、东芝、罗姆、富士通、瑞萨、理光等。

国内则有中惠创智、新页、中兴、劲芯微、美嗒嗒、微鹅、斯普奥汀、华润矽科、新捷、伏达、欢喜科技以及台湾凌阳、新唐、联发科、技领、立锜、盛群等。

下面介绍九大无线充电技术以及具体方案:

一、无线充电联盟(WPC)推出Qi标准:电磁感应方式,2008年12月成立。

电磁感应无线充电方式

原理:电流通过线圈,线圈产生磁场,对附近线圈产生感应电动势,产生电流

传输功率:数W-5W

传输距离:数mm-数cm

使用频率范围:22KHz

充电效率:80%

优点:适合短距离充电;转换效率较高

限制:特定摆放位置,才能精确充电;金属感应接触会发热

解决方案商:TI,Freescale,Toshiba,Powermat,Splashpower,凌阳等

具体方案有如下:

1、德州仪器(TI)推出业内首款符合无线充电联盟 (WPC) v1.2标准,并通过Qi认证的15W无线电源发射器bq501210。该发射器可实现84%的系统效率。相较于传统无线电源设备,其热耗散显著降低。另外,该发射器支持多种快速充电协议并具有一系列灵活、可定制的特性,例如个人电子产品、医疗及空间受限的工业应用。

2、东芝公司旗下存储与电子元器件解决方案公司也有宣布,使用东芝“TC7718FTG”15W无线充电发射器IC的无线充电发射器系统经认证符合无线充电联盟(WPC)制定的Qi v1.2 EPP(扩展功率分布)标准。该系统采用支持简单系统配置的MP-A2(由无线充电联盟定义的使用12V单线圈的无线充电发射器系统),是业界首款通过Qi认证的MP-A2发射器系统。

3、东芝推出无线充电接收器IC——“TC7766WBG”,该产品经认证符合无线充电联盟(WPC)制定的Qi v1.2 EPP(扩展功率分布)标准。TC7766WBG是业界唯一一款通过Qi认证的15W接收器IC。

。。。。。。(就不一一列举了)

二:A4WP与PMA合并后的AirFuel Alliance(国际无线充电行业联盟):磁共振方式,2015年11月成立。

注:

A4WP(无线能源联盟)推出Rezence标准:磁共振,2012年5月成立;

PMA(电力联盟)推出PMA标准:电磁感应方式。

磁共振无线充电方式

原理:发送端能量遇到共振频率相同的接收端,由共振效应进行电能传输

传输功率:数KW

传输距离:数cm-数m

使用频率范围:13.56KHz

充电效率:50%

优点:适合远距大功率充电;转换效率适中

限制:效率较低;安全与健康问题

解决方案商:ST,MIT,Intel,IDT,日本富士通等

具体方案有如下:

意法半导体与WiTricity合作开发谐振无线电能传输芯片

横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商意法半导体(简称ST)与超长距离无线电能传输技术先驱WiTricity公司,宣布合作开发电磁谐振式无线电能传输半导体解决方案。合作目标是“剪断最后一根线”,让物联网设备以及医疗设备、工业设备和汽车系统的电源连接和电池充电更方便。

此方案支持消费电子和物联网设备快速无线充电,并支持多个设备同时充电。这个电磁谐振无线电能传输芯片被称为“无线充电2.0”,与现有无线充电技术不同的是,这款芯片能够给金属外壳的智能手机、平板电脑和智能手表高效充电。

三、无线电波式

无线电波式充电方式

原理:将环境电磁波转换为电流,通过电路传输电流

传输功率:大于100mW

传输距离:大于10m

使用频率范围:2.45KHz

充电效率:38%

优点:适合远距离小功率充电;自动随时随地充电

限制:转换效率较低;充电时间较长

解决方案商:Powercast等

具体方案有如下:

AirVolt无线充电器

AirVolt是一款利用无线电波给移动设备进行充电的无线充电器。和同类型产品一样,它的效率要比有线充电低一些。AirVolt充电头通电后可以将电能转化为电磁波,接收器获取后会将电磁波又转化为电能为手机充电。当电量充满到80%时就会自动停止充电,低于20%时又会自动充电,既保证了手机最佳电量又不会导致过度充电,增加了电池使用寿命。

AirVolt由 TechNovator公司开发,需要充电时只要将接收器插进手机,再将充电头插上插座就能进行远程无线充电。最佳充电距离是9米之内,而最远距离可达12米,躲到屋里任何一个角落都能充电!接收器和充电头体积都足够小,充电速度就比普通充电器慢一些。有Lightning 或 Micro usb两种接口选择,满足不同需要。

四、电场耦合式

电场耦合式无线充电

原理:利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力

传输功率:1W-10W

传输距离:数mm-数cm

使用频率范围:560-700KHz

充电效率:70%-80%

优点:适合短距离充电;转换效率较高;发热较低;位置可不固定

限制:体积较大;功率较小

解决方案商:Murata村田制作所等

五、WattUp无线充电:无线充电2.0标准

Energous公司开发了革命性的无线充电技术WattUp,可在一定距离内、提供无线供电。WattUp是一种新型的无线充电技术,可以实现15英尺范围内(约4.6米)的无线充电操作。它通过一个无线Hub来向其他微型接收器传输电力,你可以配置多个接收器,将它们插入卧室、客厅等不同房间的插座上,再配合专用的手机壳,就能够实现真正无线的充电操作。

具体方案有如下:

高度集成电源管理、AC/DC电源转换、固态照明(SSL)和蓝牙低功耗(BLE)技术供应商Dialog半导体公司宣布对Energous公司进行战略投资。Dialog公司决定向Energous公司投资1000万美元,并成为WattUp集成电路的独家元件供应商,同时Energous将能够利用Dialog广泛的销售和分销渠道网络,加速市场采纳。

与传统的有线充电技术相比,Energous的WattUp技术提供了独一无二且更丰富的无线充电体验。通过射频技术安全地将电能进行无线传输,WattUp能够以类似无线路由器的方式传输智能、可扩展的电能。不同于电磁感应式或谐振无线充电系统,WattUp可在一定半径范围内对多个设备以各种角度进行无线充电,从而改变消费者和工业界为家居、办公场所、汽车以及更多场景内的电子设备充电和供电的方式。

Dialog将在CES消费电子展(拉斯维加斯,2017年1月5-8日)期间,在私有展示空间呈现Energous的WattUp技术,预计第一批客户将于2017年的上半年开始量产。

应用:智能手机、平板电脑、物联网设备、外形小巧的可穿戴设备、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)设备等。

六、WiFi无线充电:十米距离

优点:随走随充,符合无线充电的理念

缺点:充电对象定位不易,浪费电量

美国华盛顿大学已经成功研发了利用Wi-Fi网络给硬件设备充电的技术,已经在大约十米的Wi-Fi覆盖距离内,成功给数码相机等设备充满电。未来有望给手机充电。

该大学研发了一个所谓的“Wi-Fi供电系统”。该系统主要包括两个组成部分,一个是Wi-Fi接入点(路由器),另外一个部分是定制的充电传感器。

需要指出的是,这种Wi-Fi充电技术,并不需要对传统的无线路由器进行更换,只需要部署软件等方案,提供充电功能之后,并不会对互联网接入的功能造成影响。

七、超声波无线充电:有效范围接近5米

优点:技术非常安全 ;接收器价格便宜,体积小;可以用于数据传输。

缺点:最终的产品可能无法在价格、功率、速度和安全方面达到预期。

一家名叫uBeam的公司发明了一种全新的无线充电模式,可以利用超声波将电力隔空输送到15英尺(约合4.6米)外的地方。有了这样的产品,只要使用专用的无线充电套,你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。

此技术是一名25岁的纽约女孩Meredith Perry想到的。uBeam已获得170万美元的种子轮融资,其投资人包括Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund以及Andreessen Horowitz等。该公司已经申请了18项与无线充电和超声波有关的专利。

八、无线充电新技术:微软拟利用聚焦光线来充电

微软研究院已经制定出了一个潜在的解决方案:AutoCharge。微软研究人员们描述AutoCharge是一种自动定位桌子上的智能手机,并为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上,有两个工作 模块:一个监测模块,其采用的是微软的Kinect摄像头,可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式,采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。

该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机,并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转,直到它检测到一个看起来像智能手机的物体,之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。换句话说,就是无需电线。

九、Wi-Charge——红外光充电系统

Wi-Charge是一家来自以色列的初创企业,他们研发了一种红外光充电系统,这套充电系统利用发射机将能量转化为红外光,借助电子设备上附带的接收机将红外光转化成电能,可供约4.5米范围内的设备充电。

Wi-Charge团队表示,尽管红外光充电十分强大,但也需要确保安全。这种设备不会产生电磁辐射,因此即使对安装了心脏起搏器的人来说也同样安全。当你的身体或其他物体阻断光束后,充电就会被阻止。Wi-Charge充电的对象主要聚焦于平板电脑、笔记本以及手机等更小的电子产品上。不过要投入大规模使用,Wi-Charge还有很长的路要走。

结语

无线充电不仅仅是省去电源线,而是关乎到电源管理和便利性;也不仅限于感应式或谐振式充电。远场充电是创新关键。我们的电子设备需要足够智能,实现自身充电。然而,主要参与者拥有机会通过建立自身的充电技术来加快其普及。在无线充电商业化的早期阶段,基础设施公司面临太早过时的风险。无线充电OEM公司需要主动与已有的基础设施建造者建立合作,利用当前标准,推动消费者的接受度。