无线充电的原理是什么?

来源:http://www.gdhfd.com 作者:澳门太阳娱乐集团官网 人气:159 发布时间:2019-05-22
摘要:问题: 无线充电的原理是什么? 无线充电顾名思义,即无需充电线即可实现设备终端的电力输送。 回答: 无线充电技术将会在手机、平板电脑、电动汽车、移动电源、可穿戴设备、医

问题:无线充电的原理是什么?

无线充电顾名思义,即无需充电线即可实现设备终端的电力输送。

回答:

无线充电技术将会在手机、平板电脑、电动汽车、移动电源、可穿戴设备、医疗等领域得到广泛应用,无线充电市场前景广阔。

为沐浴在移动互联网时代的互联网人,手机始终保持充足的电量是必须的。而众所周知,锂电池的能量密度水平已经处于长期停滞状态,而越来越大的屏幕、越来越强的性能都增加了对手机电池的压轴。因此,快充、无线充电就成为了手机厂商全新的解决方案。

未来无线充电的主要应用领域

vivo的手机也要有无线充电了

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比如说,在刚刚过去的小米9发布会上,搭载高通骁龙855、拥有后置三摄、屏幕指纹的这款小米新旗舰堪称市场竞争力爆炸,大家唯一的担忧就是3300mAh的电池能否满足续航的要求。因此小米拿出了无线充电座充、无线充电宝、车载无线充电这一整套的解决方案,保证用户在主要应用场景上都能够非常方便的为手机充电。

手机无线充电应用场景

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不过,目前智能手机上普遍使用的无线充电技术,都是需要与无线充电设备的底座接触,稍微离开一些距离就无法继续充电了,也就是说并不能很方便的一边玩手机一边充电。

根据 IHS 预测,2020 年有望分别达到 99 亿、26.9 亿美元, 在 2014-2024 年间两端总规模将以 39.3%的年复合率高速增长,市场成长空间巨大。

那么有没有真正意义上的“无线充电”呢?答案是有的,美国Energous就在2017年宣布推出的RF无线充电解决方案WattUp就是一种能够像WiFi一样的远场无线充电技术。日前,据外媒Cnet报道,Vivo与Energous已经就无线充电技术展开合作。由Energous的WattUp无线充电技术提供支持,为vivo提供基于RF无线充电技术的智能手机。

市场规模增速明显,成长空间巨大 单位:十亿美元

无线充电并不是一个很新潮的科技,早在一个半世纪之前就由英国科学家迈克尔·法拉第发现只要穿过闭合回路的磁通发生变化,闭合回路中就会产生感应电流。这种磁场变化产生感应电流的现象被称为电磁感应现象,到了1890年“科学怪才”尼古拉·特斯拉通过无线输电试验,实现了交流发电。

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数据来源:公开数据整理

简而言之,无线充电就是利用电磁波感应原理或者其他相关的交流感应技术,在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术。当然从理论到实际的转化并不是一蹴而就的,随着技术的进步,直到100多年之后的21世纪,无线充电技术才逐步开始应用在消费级市场。目前,应用在移动设备上的小功率无线充电使用的是电磁感应模式,而应用在汽车领域的大功率大功率无线充电常采用谐振式。而今天的主角WattUp使用的则是比较罕见的无线电波式。

无线充电模组价值链各部分比例

更自由的无线电波充电

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我们比较熟悉的iPhone X的、小米9、华为Mate 20上使用的电磁感应式无线充电,即WPC联盟主导的QI标准,其具有电路设计简单、成本较低的优势,但劣势就是充电距离非常有限,并且感应线圈的必须正确对准,君不见无需对准就能充电的AirPower到现在都没有亮相。

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。随着爆料iPhone8将引用无线充电技术,人们对无线充电技术的激情越来越火热,预计无线充电技术将出现急剧增长。

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一、无线充电技术原理(下面介绍主流的四大类):

而WattUp则是基于射频(RF)的无线电波模式解决方案,为了实现无线电波来充电,就必须两个部分——发射和接收(transmitter&receiver)。WattUp用PCB天线替代感应线圈,可通过无线电波段提供智能、可扩展的电源,有效充电距离也扩大到了4.5左右米。WattUp方案的发射器用来发射RF射频能量,而接收器则是内嵌在受电设备内部,只需要PCB天线即可实现电量的接收。换句话来说,就是使用WattUp技术的手机需要在内置增加一个PCB天线模块以替代常见的感应线圈。

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

WattUp系统的工作原理可简要概括为,使用天线阵列发射多种5.8GHz的无线电波的可控波束,采用Dialog的SmartBond蓝牙低功耗解决方案,作为无线发送器和接收器之间的带外数据通信渠道。从而在设备的周围形成小型能量包,在这个能量包内,装置的接收天线可以接收这种射频能量,然后为电池充电。

电磁感应无线充电方式

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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

当然,WattUp让无线电波充电从不可能到可能的关键是,Energous为这套设备添加了Dialog的DA1210波束成形(5G同款核心技术)IC,再搭配DA3210功率放大器IC,从而实现了完整的远距离发射系统。

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在智能手机上使用射频技术的最重要应用还是在手机的射频天线上,这也是智能手机最基础的通讯功能的基石,而WattUp也是使用的射频PCB天线,按照常理来说,这也就是意味着信号干扰的情况会出现。这一点,Energous自然是注意到了,WattUp的工作频段为5.8GHz,即不是现在WiFi使用的2.4GHz和5.0GHz,也不是5G毫米波频段的24GHz以上频段。

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传输功率:数W-5W

澳门太阳娱乐集团官网,事实上,早在iPhone X上市之前,Energous总裁Steve Rizzone曾表示过已经和“世界上最大的消费电子企业”签署了合同,也就是在暗示与苹果达成合作,但事实上不光iPhone X上没有用的WattUp,苹果自己的AirPower也不见踪影。

传输距离:数mm-数cm

不过,两年的时间过去了,vivo与Energous的合作或许意味着无线RF充电已经更加成熟了。因为,Energous已经宣称实现了20W的解决方案,这已经媲美目前大多数智能手机使用的线圈式磁场感应方案了。

使用频率范围:22KHz

但是,这也引申出来有关安全性的问题,毕竟不同于磁场感应,无线RF充电使用的是无线电波,虽然射频辐射并不是离子化过程,但依然会产生热效应。好在,在2017年,WattUp Mid Field发射器获得了美国FCC批准,且射频辐射的曝光量远低于FCC、FDA以及欧盟的相关标准。

充电效率:80%

智能手机的未来有了新风向

优点:适合短距离充电;转换效率较高

vivo与Energous的合作如果最终能够用实际产品落地的话,对于目前的无线充电在智能手机的应用生态就将造成极其深远的影响。毕竟在2013年高通倒戈之后,WPC提倡的Qi标准就已经在智能手机领域成为主流,无线充电领域的另一大势力,即PMA联盟和A4WP联盟在2015年合并的AirFuel无线充电联盟则一直被压制。

限制:特定摆放位置,才能精确充电;金属感应接触会发热

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

既然在电磁感应上无法追上WPC,AirFuel自然就选择押注更加酷炫的射频机型,联盟主席Ron Resnick表示,“射频的优势显而易见,空间自由度更高、充电速度也更快、基础设施安装成本更低且更加便捷。第一代感应技术将消费者和企业引入了无线充电的世界,下一代的射频技术将发挥无线充电的全部潜力”。

2: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。

对于vivo来说,在其主要竞争对手小米、华为、OPPO均推出了无线充电机型之后,已经处于落后地位的追赶者想要反超,最好的方式莫过于弯道超车,而WattUp这样自由度超高的远场无线充电技术自然是绝妙的武器。

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

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PMA(电力联盟)推出PMA标准:电磁感应方式。

对于如今的智能手机,特别是旗舰机型来说,强劲的性能仅仅是基础,独树一帜的黑科技才是让旗舰机与众不同的保障。想象一下,在其他友商的旗舰还需要无线充电器来充电的时候,vivo的旗舰机在房间内随便一丢就能够自动充电,这无疑是一个相当出色的卖点。

磁共振无线充电方式

回答:

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

手机无线充电是什么原理?明明无线了,为啥还得把手机放着充?

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传输功率:数KW

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传输距离:数cm-数m

回答:

使用频率范围:13.56KHz

手机充电,可以直接将USB充电线插入手机的充电口来充电,这是一般的方法,但是也有一种无线充电器,无需导线就可以给手机充电。

充电效率:50%

其实,不用导线来传递能量的例子,在生活中早就有了,例如电磁炉煮东西、微波炉加热……等等。

优点:适合远距大功率充电;转换效率适中

用无线的方式来传递能量,有几种方法:

限制:效率较低;安全与健康问题

1)电磁感应。咱们都知道,变压器就是电磁感应的例子,变压器里有两个线圈:初级和次级,这两个线圈靠在一起,电能就传递过去了。

解决方案商:ST,MIT,Intel,IDT,日本富士通等

2)磁场共振。电通过线圈可以产生磁场,如果旁边另一个线圈的振荡频率与之相同,就能产生共振,这种共振也能传递能量。

3、无线电波式

3)无线电波。通过微波的发送和接受装置,也可以传递能量。

无线电波式充电方式

目前的手机无线充电,以上述第一种方法为主。

原理:将环境电磁波转换为电流,通过电路传输电流

回答:

传输功率:大于100mW

运用的原理为电磁感应原理。

传输距离:大于10m

该现象的表现为变化的电场,而变化的磁场会产生变化的电场。

使用频率范围:2.45KHz

无线充电设备包含两个主要部件:

充电效率:38%

1无线充电板,

优点:适合远距离小功率充电;自动随时随地充电

2被充电设备的感应线圈。

限制:转换效率较低;充电时间较长

其中无线充电板将低压,一般是5v,9v,12v等直流电压,通过电路转化为脉冲直流电或者交流电,让该电流通过充电板的线圈。充电板通电后就在上方产生南北极方向不停变化(交流电)的磁场,或者磁场方向不变但磁场强度不停大小变化(脉冲直流电)的磁场。将手机平板灯关等无线充电设备放置到充电板上以后,这个变化的磁场就会在手机或者平板的感应线圈中产生电流,将该电流进行整流稳压,就可以给电池充电。

解决方案商:Powercast等

其实我们的身份证等非接触式ic卡也是类似原理,读卡器是一个不停变化电流大小或者方向的线圈,身份证外围有几圈线圈,连着一个芯片,身份证外围的线圈在放入到不停变化的磁场中就会产生电流,有电流后就可以驱动芯片工作,芯片也可以发出自己的固定一串编码,读卡器就读出该编码后与数据库中的信息比对,然后将编码对应的身份信息返回到读卡器

4、电场耦合式

回答:

电场耦合式无线充电

线圈内变化的电流产生变化的磁场,也是把电能转化成磁能,并辐射出去,在辐射区如果有导体,导体就会感应的辐射出来的变化电磁场并转化成电流,越靠近辐射中心感应能量越强,转化效率越高,频率越高辐射效率越高穿透能量也越强,,简单的说就是要两部分,一个发射,一个接受,通过开关电路把直流变成交流并通过线圈发出去,在通过线圈接受并整流稳压给电池充电

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

回答:

传输功率:1W-10W

电磁感应原理,简单来说(复杂了我也说不来

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