原创 浅析手机无线充电

无线充电即无线充电技术（Wireless charging technology；Wireless charge technology ）。 无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，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电感耦合传送能量，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。

  麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。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。他们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。当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。
 
共振原理
 
  麻省理工学院的科研组不是第一个提出无线能量转换的组织。科学家早在19世纪就发现了电磁转换现象，从理论上说，电力可转化为通过无形的介质传播的电磁波，实现电力的无线输送。但是电磁波向四面八方辐射，能量大量散失，因此“无线输电”的研究始终进展不大，19世纪的物理学家和工程师尼古拉·特斯拉进行了远程无线能量转换系统实验，但是当他的财力用尽后，这项最有野心的尝试(29米高的瓦登克莱弗塔)宣告失败。其他尝试包括激光等定向能量转换机制。然 而，它们与麻省理工学院的工作不同，这些都需要连续的可视线路这对住宅周围的电力设施不好。

研究组成员，助理教授马林·索亚克教授和他的科研组正在改进这个设备。“这是一项还未得到发展的系统，它证明能量转换行得通。但是你不会愿意利用它给你的膝上型电脑供电。我们的目标是缩小这个设备的体积、扩大感应器间的距离和提高电力转换功效。”他与同事安德烈·库尔斯、阿里特迪兹·卡拉里斯、罗伯特·莫 埃特、约翰·加侬珀洛斯和彼得·索利科合作，进行了这项研究。
 

这个系统利用了共振(当一个物体与另一个物体的固有频率一样时，就会产生震动)原理。当两个物体的振动频率相同时，它们传递能量的强度不会受到周围事物的影响。索亚克教授解释说：“如果房间内放了许多相同的杯子，你向瓶中倒入不同度数的葡萄酒，这时这些杯子就会产生不同的振幅。”例如，如果用勺子敲击，每个杯子都会发出不同的声音。“如果我进入房间，开始用非常高的声音歌唱，当我的声音与其中一个杯子的频率相同时，它就有可能爆炸。”
据英国广播公司2007年6月19日报道，这个无线电力传输不像电力设备，它可以避免被鼠巢破坏，减少很多麻烦，因为它并不需要电线连接。研究人员在科学 杂志上对这种设备作了详细介绍。在实验测试中，这个设备让距离它2米(7英尺)的一盏80瓦电灯泡发出光亮。该装置被称作WiTricity，研究人员根据物理学原理研发了它，这种设备还适合为膝上型电脑等装置提供电源。WiTricity利用的是低频电磁波共振，而不是利用声学共振。在实验中，两个感应器都以10兆赫的频率震动，产生共振，让能量在两者之间传递。伦敦帝国学院的约翰·本德莱教授解释说：“随着每一次共振，感应器中会有更多的电压产生。” 经过产生多次共振，感应器表面就会集聚足够的能量，让灯泡发出光亮。这个能量的集聚也是为什么一位歌手用与杯子相同频率的声音歌唱时，杯子不会立刻破裂的 原因。本德莱教授说：“酒杯不断集聚能量，直到能将自己打碎。”
据本德莱教授说，利用波长为30米(100英尺)的低频电磁波具有安全优势。他说：“通常用千兆赫兹(更短的波长)的手机时，会有电场和磁场辐射同时产生。”这个过程就是我们所知的“远声场”的一个典型特征，这种场是从振幅超过一个波长的设备里产生的，如果振幅小于一个波长，产生的将主要是磁场。约翰说：“身体对电场的反应很强烈，这也是为什么你能利用微波炉烹制鸡肉的原因。但是磁场不会对人体产生影响。根据身体对能量的吸收，它对磁场的反应几乎为零。”因此，这项设备不能给人类带来任何明显的健康风险。
 
主流技术
到目前为止，主流的无线充电标准有三种：Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、Alliance for Wireless Power(A4WP)标准、iNPOFi技术。下面我们就针对这三种标准进行简单介绍。
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 Power Consortium,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，在不久的将来，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采用了目前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
  Power Matters 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 Wireless Power(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。
Duracell Powermat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 Wireless Power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、Peiker Acustic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。
 
转换装置
工作原理
 
利用物理学的“共振”原理——两个振动频率相同的物体能高效传输能量。
1.输电线中的电能传入用铜制造的天线中。
2.天线以10兆赫的波长振动，产生电磁波。
3.天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外。
4.同样以10兆赫的频率震动的膝上型电脑接收到电流，能量充入设备中。
5.没有转换成膝上型电脑的能量不会被天线重新吸收。不能产生10兆赫共振的人和其他物体不会对它产生干扰。
 
主要特点
 
1、从理论来说，无线充电技术对人体安全无害处，无线充电使用的共振原理是磁场共振，只在以同一频率共振的线圈之间传输，而其他装置无法接受波段，另外，无线充电技术使用的磁场本身就是对人体无害的。但无线充电技术毕竟是新型的充电技术，以迈源科的无线充电器来说，很多人都会担忧无线充电技术会像当初 Wi-Fi和手机天线杆刚出现一样，其实技术本身是无害的。
2、桑德力的无线充电技术利用电磁炉原理在充电器与手机之间利用磁能转化为电能，线圈和电容器则在充电时产生转化作用。
3、桑德力表示这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。
4、转化率一直是很多人担心的问题，麻省理工学院通过研究表明，无线充电技术的损耗比起有线充电技术来说更高。迈源表示：无线充电高转化，也是无线充电器得以在全球进行应用的关键因素。但无线充电技术也受到距离的限制，未来发展，必然需要解决远距离传送对于波段和磁场范围的精准定位问题。
5、共振控制核心芯片是无线充电技术共振原理控制中心。精准辐射范围控制，磁场频率大小，其它控制等都是由芯片实现。