原创 无线充电的原理是什么,如何实现无线充电?

2018-8-28 16:18 1063 5 5 分类: 智能硬件

1、无线充电到底是什么情况,怎么实现无线充电?

无线充电是怎么回事,顾名思义就是充电不要插线。类似与WiFi一样,理论上可以随时随地给手机等电子设备供电。

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但无线充电暂时还不能像WiFi一样传输那么远的距离,现在成熟的方案只能在10mm以内的距离实现无线充电,一般为3~5mm左右的距离比较好,这类无线充电的技术采用的是磁感应无线充电技术。

随着技术的成熟,预计在未来的2~3年,无线充电的充电距离可以达到10~30cm左右,基本可以满足随时随地自由不受束缚的充电需求。

要实现无线充电需要一个发射端和一个接收端。发射端就是无线充电器,接收端就是手机等。在发射端有一个线圈,接收端也需要一个线圈。发射端通过控制板和线圈发射能量,接收端通过控制板和线圈接收能量,这样就可以实现无线充电。

只要有无线充电器和带无线充电的手机就可以充电。无线充电器通过Micro USB连接到普通的充电器或者笔记本等就可以正常工作,把带无线充电的手机放在上面就可以开始充电。如下图所示,通过USB连接好无线充电器就可以充电。

2、为什么需要无线充电?

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无线充电先对与传统的有线充电有几大你不得不选择它的优点:

1、没有线的缠绕,简洁美观,看起来舒服,生活品质更高;

2、不用经常插拔,即放即充,方便快捷,让你的手机永不缺电;

3、不用担心手机接口不兼容的问题,支持Qi等标准的无线充电器都能充电;

4、不存在充电接听电话触电的风险,完全规避了安全问题,可以随时接听电话;

5、让电池工作的寿命更长,由于即放即充,让电池用不缺电,电池寿命更长;

6、不需要有线接口,很多产品可以做成全封闭防水产品。

3、是什么原理,什么技术?

一般意义上的手机无线充电原理,就是电能转换为磁场,磁场通过空气传输,磁场再转换为电能的过程。无线充电的原理通俗意义上的理解与变压器有些类似,变压器磁场耦合的回路是磁导体,无线充电磁场耦合的回路是空气而已,磁介质不同而已。

业内无线充电一般有四大技术:磁感应技术、磁共振技术、微波技术和电场耦合技术。接触到主要的是两大技术,磁感应技术和磁共振技术,现在量产的产品基本都是磁感应技术的产品。其中主流的技术是磁感应技术和磁共振技术。一起回顾一下基本的物理知识,电场和磁场的情况。

磁感应无线充电技术,就是当给发射线圈通过交变的电信号,交变的电场通过发射线圈将产生变化的磁场,变化的磁场对它周围的线圈的磁耦合作用,由法拉第电磁感应定律得,变化的磁场将产生电场。

因此发射端线圈产生的磁场将穿过接收端线圈,接收线圈将产生电场,如果在接收线圈端接上负载的话将会产生电流。

磁共振无线充电技术,是磁感应技术的一种特殊情况,它就类似于我们声音的共振,当系统的震荡频率与系统的固有频率相同时就会发生共振,发生共振时,系统的能量强度达到最大点。

磁共振无线充电技术就是当接收线圈的谐振频率与发射线圈的谐振频率一致时就发生了磁共振,能量也就从发射端传输到了接收端。

4、无线充电效率可以达到多少,充电有多快,有没有辐射?

这里把效率、充电速度和是否有辐射好好澄清一下,很多人有疑问和顾虑的。充电效率一般指接收端和发射端一起的整体效率,但不含适配器的效率(5V适配器效率一般为90%左右)。

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无线充电现阶段的效率一般为70%左右(大部分为65%~75%),根据不同的充电器和发射器设计的好坏会有一些差异。如果把发射器和接收器分开来看,一般发射器效率为80%左右,接收器效率为90%左右,整个效率70%左右。这里的效率一般指提供500mA左右电流时的效率,此时也为最大效率的情况。

其实关于无线充电的效率与很多因素都是相关的,除了主要与无线充电器和接收端关系很大外,与适配器的好坏也有一些关系,负载情况也有一些关系。

充电快慢?

其实充电快慢与是无线充电器和有线充电器没有直接关系。无线充电器也可以充得快的,有线充电器也有充的慢的。充电快慢是由提供恒流充电时候的充电电流的大小决定的,一般也是无线充电器的规格决定的,有些无线充电器提供的电流大,有些无线充电器提供的电流小。一定范围内,无线和有线是差不多的,但由于无线存在一定的效率损失,电流太大要考虑温升的问题,手机无线充电器的充电电流一般小于1A。无线充电器一般提供的输出电流范围为300mA~1000mA左右,一般最大输出都在800mA以内。如果提供600mA的充电电流,对应的输出功率为3W左右,按70%的效率计算,无线充电器的输入功率为4.3W左右,也就是我们平时说的5W以内的功率。适配器一般要做到5W以上,对应为5V/1A。

辐射有多大?

辐射大小,我们暂时还没有一个量化指标,后续也会找专业结构测试对比一个数据分析给大家。只是大致给大家一个概念,辐射一定有,但辐射并不大,并不用担心。主要是几个原因:一是手机充电功率只有5W左右,属于小功率;二是距离短,只有25px以内,对周围辐射小;三是发射和接收端都有磁隔离片,对周围的辐射小;四是工作频率低,工作频率在110K~205KHz,对人体的辐射小。

5、有什么要求,是否需要过什么标准或认证?

无线充电行业以前有三大标准组织,最后只剩下两大标准组织。如果做国外的大客户,一般需要通过相关标准和认证的产品才能销售。以前三大标准组织分别是:WPC、PMA和A4WP

WPC组织是成立最早的标准组织,其认证的品牌为大家所熟悉的“Qi”标志。

WPC2008年成立,2010年发布Qi标准,2012年发布WPC1.0标准,2013年发布WPC1.1标准。现有会员200多家,通认证的产品400多款。WPC最初采用的是磁感应无线充电技术,现在的认证标准都是Qi的磁感应标准。市面上量产的,你见到的产品都是通过Qi认证或兼容Qi认证的产品。

PMA是由美国的Powermat发起的,其认证品牌为Power2.0,采用的也是磁感应无线充电技术。

在北美,PMA标准的产品在麦当娜和星巴克都有布局。现在有成员70多家,主要集中在欧美。

A4WP是成立时间最晚的,由高通和三星发起。2013年底才发布其认证品牌“Rezence”,但很多国际大厂纷纷加入开始主推A4WP标准的产品。A4WP采用的是磁共振无线充电技术,充电距离可以达到5cm,且支持一对多(一个发射器可以同时充多个接收电子设备),且不需要精确对位,位置相对自由。

WPC的Qi标准与A4WP的Rezence标准的对比如下:

WPC的Qi标准

优点:成立时间早,会员多,产品成熟,生态系统完全,行业影响力大。

方案成本便宜,普及率高。充电效率高,可以达到70%以上。辐射小,安全性好。

缺点:充电距离小,需要精确对位,只能一对一充电,但后续升级后差距不大。

A4WP的Rezence标准

优点:充电距离稍大,移动范围稍大,可以一对多充电。

缺点:发展晚,市场不够成熟,生态系统还缺乏。成本高,短期普及压力大。充电效率稍低,存在辐射及相关风险等。

6、无线充电器的构成?

无线充电器主要由三大部分构成:主板、线圈和外壳。其中主板直接决定无线充电器的功能和性能,是无线充电器最为核心的模块。主板主要由主控芯片、驱动芯片、功率器件(MOS)、电阻电容及PCB板等构成。线圈一般是标准的模块,相关的无线充电标准有严格规定其结构尺寸参数等。

7、无线充电器的成本和价格怎么样?

知道了无线充电器的构成,也就大致知道了无线充电器的成本。但由于对功能和性能要求的不同,无线充电器的成本和价格差异也会非常大。特别是通过认证的产品比没有通过认证的产品会高出不少。

但可以肯定的是,无线充电器的利润还比较高,毕竟还没有到竞争白热化的程度。

成本构成大致情况如下:

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8、 国内外发展情况怎么样?

无线充电市场,国外发展还不错,国内稍微晚一点,迄今为止有60几款手机支持无线充电。诺基亚自从推出Lumia 920支持无线充电后,后续的手机基本支持无线充电功能。谷歌的手机基本都支持无线充电,Nexus4、Nexus5等。三星的手机预留了接收线圈的触点。苹果手机后续也会支持无线充电。

国内手机厂商中兴和TCL已经发布了相关的无线充电手机,各大国产品牌华为、魅族、小米、TCL、步步高、OPPO、联想、金立、天宇等都在研发或开始研发相关无线充电手机。由于高通及MTK手机主芯片厂商集成了无线充电功能,后续国内的手机可能基本支持无线充电,以后,无线充电功能将成为手机的标配。

整个无线充电的技术发展开始趋于成熟,相关的配套产业链也完整了,无线充电市场也开始火爆起来了。

无线充电市场潜力巨大,提前进入行业,且在专心经营的一定会有丰厚的回报,但还在犹豫的一定会错过机会。

9、除了手机,还有哪些地方可以用起来?

无线充电最大的市场是手机市场,当然除了手机市场还有很多其他应用领域,像其他消费电子产品市场,平板电脑、穿戴设备等。小功率无线充电器产品,家居市场、办公市场,把无线充电产品嵌入到家里的茶几、书桌、床头柜,以及办公室的办公桌等。中小功率的应用除了手机市场,还有游戏市场,玩具市场,另外还有像电动牙刷、电动剃须刀、甚至像成人用品市场等都是一个巨大的市场。

未来像中功率的无线充电产品,主要是未来的家电市场,像PC、TV、家用电器等市场巨大。未来的大功率的无线充电产品市场,像电动汽车市场、电力市场、工业市场等。另外像一些对防水等要求高的市场都是无线充电的一个好的应用领域。

10、有哪些机会点?

机会点从几个方面来分析,一个从投资的角度,从产业链分析,芯片、方案与终端品牌产品。

芯片是上游,整个无线充电的核心和利润主要来自芯片,现在主要是欧美厂商,等市场慢慢成长,一定会转到国内的芯片厂商,这是一个巨大的机会,但也是对技术和资本挑战最大的一块。

方案公司需要专业的研发团队,有较强的研发能力及产品从研发到量产的速度,方案公司的机会在于专业。

终端产品在于品牌和口碑,做出惊艳的产品和强大的营销推广能力是未来。

从另外一个角度来说,未来的机会点重点在两个方面,一个是大客户,一个是差异化的产品。大额客户可以带来大订单和稳定的资金,可以满足规模化,高品质控制,高效率生产,低成本供应链情况。差异化的产品可以带来丰厚的利润。

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