成都理工大學(xué) 唐曼玲 包樺楠 何 清 鐘 雯 雷宇輝

1.研究意義

手機目前是最常見的個人消費電子產(chǎn)品。傳統(tǒng)的手機充電方式為有線充電。充電時可能存在火花及觸電的安全隱患，長期使用后還會留下積塵，還可能進(jìn)水，接口也會被磨損。傳統(tǒng)有線充電方式給人們帶來諸多不便。而無線充電設(shè)備是不需要連接線纜的，能有效避免小孩誤觸碰造成的漏電等危險，還能避免傳統(tǒng)有線充電外露觸電，生銹、變形、部件老化帶來的充電不良等現(xiàn)象。無線充電最明顯的優(yōu)勢是方便，可以更加方便地移動，隨時進(jìn)行電量的補充，外出活動或出差也不必隨身攜帶充電器和電源線。消費者需要這種方便、可靠性高的充電方式，研究手機無線充電是符合未來發(fā)展趨勢的。

2.研究進(jìn)展和應(yīng)用情況

2.1 QI無線充電標(biāo)準(zhǔn)

成立于2008年12月的WPC(無線充電聯(lián)盟)推出國際無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征，就是電磁感應(yīng)方式。該標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)推出即受到業(yè)界的推崇，主流的芯片廠商和電源設(shè)備廠商均加入該標(biāo)準(zhǔn)組織。WPC是首個的無線電源的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織，曾專注于為不足5W的低功耗應(yīng)用制定了規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，隨著市場對快充的需求，新一代QI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持15W規(guī)格的快速無線充電功能。Qi是無線充電領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者。QI協(xié)議最大的優(yōu)點便是對于設(shè)備支持的友好性較高。凡是具備QI標(biāo)識的設(shè)備，除手機以外，還包括相機、游戲機產(chǎn)品，都可以通過基于QI協(xié)議的充電設(shè)備充電[1]。

目前無線充電存在多種不同的商用技術(shù)，電磁感應(yīng)技術(shù)、無線電波技術(shù)、電磁共振技術(shù)和電場耦合技術(shù)等。主要標(biāo)準(zhǔn)包括QI、A4WP、PMA、iNPOFi、Wi-Po等。

2.2 研究進(jìn)展

目前市面上看到的無線充電設(shè)備基本都是屬于QI標(biāo)準(zhǔn)，即采用的是磁感應(yīng)無線充電技術(shù)。電磁感應(yīng)是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會產(chǎn)生電動勢。此電動勢稱為感應(yīng)電動勢或感生電動勢，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動勢會驅(qū)使電子流動，形成感應(yīng)電流[2]。在充電底座和手機上設(shè)置線圈，底座的線圈通電會產(chǎn)生電磁場，移動設(shè)備內(nèi)的線圈接收電磁場并轉(zhuǎn)化為電能，收到的電能被用作對裝置內(nèi)的電池充電。

2011年，夏普發(fā)布了世界上第一款基于QI協(xié)議的無線充電手機，從此開始了QI協(xié)議在安卓陣營的逐漸普及。2012年發(fā)布的諾基亞920也具備著無線充電功能，并且還為其配備了一款官方提供的無線充電板，但是在市場上不受歡迎。用戶們還是習(xí)慣使用數(shù)據(jù)線充電。2015年，三星引入無線充電技術(shù)，發(fā)布了帶有無線充電功能的智能手機Galaxy S6和S6 edge。2017年，iPhone全系列跟進(jìn)無線充電技術(shù)，無線充電技術(shù)真正進(jìn)入大眾視野。

2.3 應(yīng)用情況

手機無線充電目前分為兩種形式：支持QI標(biāo)準(zhǔn)的手機內(nèi)部自帶充電接收線圈，只需要一個作為發(fā)射線圈的充電底座，將手機放置于底座上，即可充電；而大部分沒有配置無線充電功能的手機，手機端需要連接一個無線充電接收器，將接收器和充電底座上下放置，就可以進(jìn)行無線充電了。

目前可以支持第一種無線充電方式的手機有蘋果的iPhone X，iPhone 8和iPhone8P，華為W3，小米Mix 2s，聯(lián)想Moto Z，三星、谷歌、諾基亞和LG的旗艦機。中國市場上的無線充電底座支持QI標(biāo)準(zhǔn)，并且各具特色。比如，10W大功率充電的充電底座可以為手機迅速充電[3]，實現(xiàn)快充。有的充電底座有兩個發(fā)射圈，感應(yīng)區(qū)更大，充電穩(wěn)定無死角。支持豎放的充電底座，用戶可以輕松打字聊天，手機也可以橫放充電。感應(yīng)靈敏得充電底座，帶殼的手機放上去一樣可以充電。采用內(nèi)部分離設(shè)計的充電底座，有效隔離熱源，迅速散熱不堆積，在充電過程中保持全程低溫，不發(fā)燙。有的充電底座內(nèi)置了隔磁片，閉合的磁場可以避免對人體健康的影響。另外由于充電安全的重要性，有的充電底座配置了智能化的電源管理技術(shù)。

第二種是沒有接收線圈的手機，除了充電底座，還需要一個無線接收貼片。貼片的一端接頭連接手機，另外一端就是無線充電接收器。國內(nèi)市場的無線貼片接頭尺寸有TYPE-C接口，安卓正反向接口和蘋果接口，很好地匹配多款機型。有的貼片還是吸波材料，能吸收投射到它表面的電磁波能量，同時具有質(zhì)量輕，耐熱，耐濕，抗腐蝕等優(yōu)良性能。

無線充電產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游分別包括電源芯片、傳輸線圈、電感材料，模組制造。其中電源芯片、電感材料以及傳輸線圈是整個無線充電產(chǎn)品最為關(guān)鍵的三大零部件，不管是技術(shù)含量還是產(chǎn)品附加值都相對較高。而模組制造環(huán)節(jié)的技術(shù)含量相對較低，與其他的電子零部件的制造工藝相差不大，一旦行業(yè)啟動，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)將能夠迅速切入。

3.存在的技術(shù)問題

電磁感應(yīng)無線充電目前也存在一些不足，首要問題是充電效率較低，大多數(shù)無線充電器的轉(zhuǎn)換效率約70%至80%，也就是說，即使在理想狀態(tài)下，也會有20%的電能被浪費掉。未來數(shù)年的設(shè)備兼容數(shù)量將以千萬計，而這一充電效率帶來的電能浪費將十分巨大[4]。而且可充電區(qū)域太小，需要刻意的擺放，這和插線的體驗是非常接近的。使用有線充電方式，用戶在充電時可以拿著手機移動，雖然受到線纜長度的限制，但在使用無線充電技術(shù)時，手機必須放在充電板上。如果用戶在手機充電時只是播放音樂，這是沒有任何問題的。但讓手機完成其他工作就比較困難，比如玩游戲，發(fā)短信，這可能也是消費者不大愿意接受無線充電的原因之一。其次，充電底座或者無線貼片的線圈，容易在大力取放時變形或遭損壞，縮短無線充電器的使用壽命，影響正常的充電。同時，無線充電的研發(fā)和制作成本更高，從而無線充電器件也比有線充電器貴。充電過程中可能溫升很高，手機會發(fā)熱嚴(yán)重。而傳統(tǒng)的線纜充電優(yōu)勢在于成本最低，兼容性也最好，有最高的充電效率和充電速度，這對于大容量電池的設(shè)備來說尤為重要，因此有線充電在短期內(nèi)仍將是最主要的充電方式。

4.展望

未來幾年將出現(xiàn)電子產(chǎn)品配備無線充電功能的浪潮，不僅包括手機，還包括PC、數(shù)字相機等電子產(chǎn)品。未來可能擺脫供電連線的束縛，全線開啟該技術(shù)的應(yīng)用普及。無線充電是未來的手機充電趨勢，它將極大地方便人們的日常手機續(xù)航。相信隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，無線充電必定能給我們的生產(chǎn)生活帶來更多的益處。

[1]宋一杰,趙晴,楊凱文.基于QI標(biāo)準(zhǔn)的無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2014,21:035.

[2]楊慶新.無線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社,2014.

[3]王欣.充電技術(shù)快速迭代:無線充電將沖擊老舊電樁[N].21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道,2017-01-17(019).

[4]謝利濤,趙志強,王彥莉.無線充電技術(shù)及其應(yīng)用[J].河南科技,2011(05).