智能手機(jī)用戶非常清楚，在他們的手機(jī)電池電量下降時(shí)，即將與這個(gè)世界失去聯(lián)系造成的焦慮感卻在上升。當(dāng)人們無法找到電源插座，或沒有充電線，或沒有移動(dòng)電源時(shí)，這種焦慮感就會(huì)激增，在機(jī)場、展會(huì)、商場、醫(yī)院等公共場所這種場景都很常見，但是，如果只需將便攜式電子產(chǎn)品放在桌子上而不用插入墻壁插座或其他電源插座即可充電會(huì)怎么樣？這種情況即是無線充電技術(shù)現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)的重要價(jià)值主張.

無線充電通過消除有線連接能夠提供更高的便利性、移動(dòng)性和靈活性，該技術(shù)在消費(fèi)類、零售、醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和汽車領(lǐng)域都正在得到迅速普及，星巴克等咖啡店、連鎖酒店和家具制造商都在整合必要的基礎(chǔ)設(shè)施來支持這種技術(shù)，根據(jù)Global Market Insights的數(shù)據(jù)，從現(xiàn)在起到2024年，無線充電業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)13％的復(fù)合年增長率（CAGR）.

盡管無線充電應(yīng)用是最近幾年來才出現(xiàn)，但這種技術(shù)本身并不是新發(fā)明的，事實(shí)上，它自1902年以來一直存在，當(dāng)時(shí)電氣工程領(lǐng)域的著名杰出人物尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）為那些當(dāng)時(shí)幾乎無法想象的技術(shù)申請了專利，他設(shè)想通過在兩個(gè)線圈（發(fā)射器和接收器）之間產(chǎn)生磁場來通過空氣傳輸電能，經(jīng)過進(jìn)一步發(fā)展，這個(gè)基本概念如今大致形成有三種不同的形式：

·智能手機(jī)使用的充電臺(tái)，依賴于緊密耦合的電磁感應(yīng)或非輻射充電，需要非常緊密的接觸.

·充電碗（Charging bowls）或過表面（through-surface）型充電器，采用松散耦合或輻射電磁共振充電，允許幾厘米的功率傳輸.

·非耦合射頻（RF）無線充電，可在幾米的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電.

按照傳輸?shù)墓β剩ǔ５臒o線充電應(yīng)用傳輸2W至100W的功率，可以再分為三個(gè)主要類別：

·低功率范圍（最高為5W）可穿戴設(shè)備，如耳機(jī)、智能手表、電動(dòng)牙刷、腕帶、醫(yī)療傳感器等。

·中等范圍（5W至15W）手持設(shè)備，包括平板電腦、醫(yī)療電子產(chǎn)品、以及更重要的手機(jī)。

·高功率范圍（15W至100W）涵蓋電動(dòng)工具、無人機(jī)和其他重型設(shè)備。

無線充電標(biāo)準(zhǔn)的融合 

無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的最近發(fā)展也從一個(gè)側(cè)面證明了其在多個(gè)領(lǐng)域的快速和廣泛采用。幾年前，無線設(shè)備制造商必須面對三個(gè)競爭標(biāo)準(zhǔn)：A4WP、PMA和WPC。然而，在2015年，A4WP和PMA決定聯(lián)合組建AirFuel聯(lián)盟，支持這種技術(shù)的廠商包括戴爾、Duracell、三星和高通等。

此外，更進(jìn)一步的整合出現(xiàn)在2017，當(dāng)時(shí)年蘋果公司決定在iPhone手機(jī)中提供基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電。 Qi是一種無線感應(yīng)充電標(biāo)準(zhǔn)，由Wireless Power Consortium（WPC）開發(fā)和許可。

自從2009年推出第一個(gè)規(guī)范以來，Qi已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，并得到了200多家公司的支持，其中包括蘋果、谷歌、三星和博世（Bosch）等技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)。

WPC最新的Qi Power Class 0規(guī)范（版本1.2.3）適用于從5W到高達(dá)30W的功率傳輸，典型工作頻率范圍為87kHz至205kHz。 Qi技術(shù)的主要應(yīng)用是智能手機(jī)和其他低功耗手持式消費(fèi)電子產(chǎn)品。除感應(yīng)充電外，發(fā)射器和接收器需要彼此靠近（相距<7mm），WPC也一直在致力于研究符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的磁共振技術(shù)，能夠消除緊密接觸的要求，允許在最遠(yuǎn)45mm的距離內(nèi)進(jìn)行功率傳輸。

在蘋果宣布支持Qi之后，無線充電臺(tái)的早期開拓者之一Powermat也不得不做出改變。在它遵循PMA標(biāo)準(zhǔn)多年之后，2018年1月該公司宣布加入WPC。在蘋果公布決定之前，星巴克已經(jīng)推出了基于PMA 的Powermat充電臺(tái)，但星巴克也決定實(shí)施更新，以便在新款iPhone上支持Qi。

隨著WPC Qi標(biāo)準(zhǔn)在緊密接觸充電應(yīng)用中占據(jù)統(tǒng)治地位，AirFuel將目光瞄準(zhǔn)了兩種非接觸式充電技術(shù)，分別是AirFuel Resonant 和AirFuel RF，其中AirFuel Resonant可提供更大的空間自由度，可在最遠(yuǎn)50mm的距離內(nèi)進(jìn)行充電；而AirFuel RF則可在幾厘米到一米的距離內(nèi)提供低功率充電。隨著無線充電技術(shù)歸結(jié)到WPC Qi 和AirFuel兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，無線充電所需的發(fā)射器和接收器線圈、控制器等硬件產(chǎn)品以及開發(fā)工具等必將得到市場更快的驅(qū)動(dòng)。

無線開發(fā)工具

為了幫助設(shè)計(jì)人員評估正在開發(fā)的無線應(yīng)用的功能和性能，領(lǐng)先的電子元器件制造商提供了一系列開發(fā)和評估工具。STMicroelectronics的STEVAL-ISB045V1無線電池充電器發(fā)射器評估板就是其中一例，它采用STWBC-WA數(shù)字控制器，可提供2.5W的輸出功率以及電阻和電容調(diào)制、異物檢測（FOD）和主動(dòng)存在感應(yīng)等功能。

同樣，IDT也能夠提供一系列符合WPC標(biāo)準(zhǔn)的無線功率接收器、發(fā)射器和評估硬件。IDT WP3W-RK無線電源參考套件包括有發(fā)射器（P9235A-R-EVK）和接收器（P9027LP-R-EVK），適用于0.5W至3W無線充電應(yīng)用的原型測試。該發(fā)射器基于靈活的32位ARM Cortex-M0處理器，具有集成的全橋功率級驅(qū)動(dòng)器和片上同步電壓/電流解調(diào)功能。接收器板和發(fā)射器板的有效區(qū)域具有超緊湊外形，大小分別僅為5.7mm x 5.7mm和22.7mm x 21.2mm。該封裝具有三種線圈尺寸，分別適用于1W、2W和3W的輸出功率，能夠?qū)崿F(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)。

為了測試低功耗可穿戴應(yīng)用，Semtech的TSWITX-G4-EVM（如圖1所示）是一個(gè)即用型評估平臺(tái)，適用于約1.25W的無線功率傳輸。TSWIRX-5V2-EVM基于TS80002無線充電發(fā)射器控制器和TS51231驅(qū)動(dòng)器，與兼容接收器配合使用時(shí)，可構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案。該平臺(tái)不兼容Qi標(biāo)準(zhǔn)，目的是能夠采用更小的線圈和其他適合低功耗可穿戴應(yīng)用的優(yōu)化方案。此外，由于此類應(yīng)用中不存在過熱風(fēng)險(xiǎn)，它也不包括FOD功能。

圖1：Semtech的TSWITX-G4-EVM無線充電評估板。

發(fā)射器IC以及發(fā)射器和接收器線圈

無線充電技術(shù)的關(guān)鍵特征之一是基于接收器和發(fā)射器之間的通信來調(diào)制發(fā)射功率。德州儀器（TI）的BQ500210RGZT是符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線功率發(fā)射器控制器，它集成有邏輯功能，可在單通道符合WPC標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式充電臺(tái)中控制無線功率傳輸。如圖2所示，控制器能夠監(jiān)控來自接收器的所有通信，并根據(jù)來自待充電設(shè)備的反饋調(diào)整施加到發(fā)射器線圈的功率。除了管理故障條件外，控制器還包括寄生金屬物體檢測（PMOD）和過溫保護(hù)功能。它具有小巧的外形尺寸（7mm x 7mm）和-40℃～110℃的工作溫度范圍，主要應(yīng)用包括針對智能手機(jī)、MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)和汽車等領(lǐng)域的WPC 1.0.2兼容無線充電器，也適用于各種工具類應(yīng)用以及家具內(nèi)置無線充電臺(tái)等。

圖2：BQ500210RGZT無線充電控制器IC監(jiān)控系統(tǒng)的接收器。

除了開發(fā)工具和控制器外，在所有無線充電應(yīng)用中最普遍的組件是發(fā)射器和接收器線圈，進(jìn)行無線充電技術(shù)開發(fā)的廠商可以選擇各種直徑、厚度和電感的銅線圈。舉例來說，Vishay的 IWTX47R0BEEB6R3J11是一款6.3μH電感的無線充電發(fā)射器線圈，具有高磁導(dǎo)率屏蔽。在尺寸方面，它的直徑僅為47毫米，厚度為4.9毫米。在接收器方面，Abracon的 AWCCA-36R36H08-C51-B  是一款12μH電感單一無線充電線圈，適用于消費(fèi)電子和無線充電站接收器等應(yīng)用。同樣，Wurth Electronics的760308101303是12μH電感、26.3mm直徑和1.31mm厚度的接收器線圈，而TDK的WT252512-8F2-SM 則是2.76μH電感發(fā)射器線圈，最大直流阻抗為150mΩ，直徑為25mm，厚度為2.05mm。

盡管無線充電技術(shù)已經(jīng)起飛，但仍然存在一些限制，例如發(fā)射器和接收器之間的靠近要求、相對較慢的充電速度、不適宜金屬外殼以及存在過熱風(fēng)險(xiǎn)等等。挑剔的消費(fèi)者不希望自己的移動(dòng)便利性受到影響，而且還要求獲得更高的充電速度。因此，功率電子領(lǐng)域的下一個(gè)技術(shù)前沿是更長距離的非接觸式充電。當(dāng)人們在日常生活中不再擔(dān)心是否隨身攜帶了電纜或移動(dòng)電源時(shí)，無線充電技術(shù)將完全兌現(xiàn)其承諾.

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