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快速發展的無線充電市場迫切要求制造商和開發商為設備間互操作性制訂全球統一的無線充電標準。 建立一種全球通用的無線充電技術的比賽正在如火如荼地進行中。新的令人激動的無線充電技術進展和產品不斷涌現——一些公司緊盯一種技術，也有些公司支持多種技術。但各種技術間互操作性的缺乏仍然是個大問題，因為沒有統一的無線充電標準。 無線電力傳輸的想法已經出現好多年了。早在20世紀00年代，尼古拉●特斯拉就開始嘗試無線供電了，但一直沒有取得完全成功。不過他已非常接近成功——他的革命性發明被稱為特斯拉線圈。這種不用導線傳送電能的系統徹底改變了電能的使用方式(圖1)。 圖1：特斯拉線圈是尼古拉●特斯拉于20世紀00年代發明的。 在短距離內不用導線實現電力傳輸的技術和方法有很多種，比如電磁感應、磁共振、電容耦合、磁力耦合等等。前兩個應該是目前市場上最常用的技術。 電磁感應(電感性耦合) 這種近場方法使用導線線圈之間建立的磁場實現電能的無線傳輸。當電流流經發送線圈時，它會產生一個磁場，進而在接收線圈中感應出一個電壓。 線圈耦合得越好，電能傳輸得就越好。耦合因子k指示耦合程度。k值取決于多種因素，比如線圈的形狀、它們之間的角度以及電感器之間的距離。 根據發送器線圈和接收器線圈之間的距離不同，這種系統可以分成松耦合或緊耦合兩種。 在緊耦合系統中，發送線圈和接收線圈具有相同的直徑。它們彼此對齊，相距最小的Z。這個距離Z比線圈直徑小得多。這種系統發熱少，具有較高的效率(圖2)。 圖2：這是收發線圈具有相同直徑的緊耦合系統。 而松耦合系統中的線圈可以有較大的距離，但電能傳輸效率較低，電磁輻射較高(圖3)。 圖3：在松耦合系統中，線圈之間的距離較大。 電磁感應有許多優點，比如電路方案簡單，具有較好的成本效益。主要的缺點包括充電距離有限，發送器和接收器之間必須精確對齊。 磁共振(共振感應耦合) 這種近場方法利用共振現象在一定空間內無線傳輸電能，其原理與電磁感應是相同的。發送器和接收器線圈以相同的頻率振蕩(或共振)，這個頻率取決于線圈的材料和形狀(圖4)。 圖4：通過磁共振線圈點亮燈泡。 磁共振的主要優點在于能夠在相對較長的距離內傳輸電能，發送器和接收器不需要精確的對準。不過由于電路控制復雜，生產成本較高。 熱門產品 目前市場上流行的大多數產品依賴于磁感應和磁共振無線充電技術。這些產品包括： ●Qi：Qi由無線充電聯盟(WPC)創建，可以給從智能手機到無繩廚房電器等一系列設備充電或供電。它將感應技術和諧振技術整合在了一起。圖5顯示了支持Qi標準的眾多產品之一。 ●PowerbyProxi：這一WPC成員在許多電池供電的設備中提供共振無線解決方案，但設計約束限制了它們的效能。他們為工業現場提供多種產品解決方案。舉例來說，Proxi-Point無線連接器能為難以到達的位置上的傳感器提供電能，并為電池充電(圖6)。 圖5：這是三星公司開發的無線Qi充電座。 圖6：這種Proxi-Point無線連接器主要是為難以夠到的傳感器提供電能。 ● WiPower：高通既是無線充電聯盟也是Airfuel聯盟的成員。公司的WiPower技術基于的是磁共振原理。WiPower最近宣布可以給具有金屬外殼的設備進行無線充電。 ● WiTricity：這種基于磁共振的技術是為間距一厘米至數米的設備設計的。原始設備制造商(OEM)可以將這種技術直接嵌入他們的產品和系統中(圖7)。WiTricity是Airfuel聯盟的一位活躍會員。 ● Powermat：這是一種基于電磁感應的技術，包含一個給電子設備充電的墊子。這種技術通過了PMA聯盟(Power Matters Alliance)的認證。具有內置無線充電功能的這些設備可以在充電點立即加電。如果設備沒有被激活，可以用插電式Powermat Ring進行無線激活(圖8)。 圖7：Witricity的Prodigy可以用一個電源給兩臺設備同時進行無線充電。 圖8：這種三星設備可以使用Pow?ermat Ring并通過Powermat進行充電。 在了解這些熱門產品時可以明顯地發現：從技術角度看磁共振和電磁感應占了主要地位。選擇哪種技術取決于具體的應用。 無線充電是一個仍在發展中的新興市場。隨著更多技術和產品的出現，消費者有望在市場上隨處見到具有互操作性的產品。 主要玩家 在開發磁共振和電磁感應技術的領域中有兩個關鍵的組織機構，即無線供電聯盟(WPC)和Airfuel聯盟。WPC成立于2008年，是Qi標準的創立者。 WPC聯盟成員一直致力于開發一種全球統一的無線充電技術標準。目前有200多家公司提供的800多種產品都支持Qi標準。聯盟管理成員包括LG、高通、三星、TI、東芝和Verizon。 Airfuel聯盟是個全球性生態系統，是PMA聯盟和A4WP聯盟(Alliance for Wireless Power)最近(2015年6月)合并的結果。組成聯盟董事會的公司有AT&T、英特爾、安森美、Powermat、三星和WiTricity。 值得一提的是，PMA聯盟是一家全球性的非贏利性行業組織，致力于為無線供電技術建立范例。它的創始成員是Powermat。同樣，A4WP聯盟也是一家獨立運營的非贏利性組織，致力于在Rezence技術基礎上搭建全球性的無線充電生態系統。 遺憾的是，這場標準之爭并沒有給WPC聯盟和Airfuel聯盟創造任何功能、互操作性或靈活性。制造業中的一些大公司，比如微軟、高通和三星，都同時是WPC和Airfuel聯盟的成員。因此他們的產品同時支持這兩種無線充電標準。 Semtech公司是另一家擁有雙會員資格的公司。去年十月，Semtech公司發布了一款新的無線充電平臺，該平臺能夠支持所有主要的標準(Qi、PMA和 A4WP Rezence)。包含TS80000發送器和TS81000接收器的TS80K平臺支持針對可穿戴、移動和嵌入式系統應用的多種系統配置(圖9)。 圖9：Semtech的三模式無線充電平臺包括TS80K發送器和TS81K接收器。 TS80K具有更高的靈活性，因為這個平臺以多模技術支持所有主要的(同時針對發送器和接收器應用的)無線充電標準。還可以經過適當修改迅速支持新的無線充電標準。TS80K平臺支持種類廣泛的供電解決方案，從100mW的可穿戴解決方案到100W的解決方案，適用于工業加工設備、醫療設備和“聯網的”家具設備。 TS80K的多模式發送器解決方案輸出的功率電平范圍從100mW到40W以上。因此它能實現家具、汽車和公共場館中的嵌入式充電功能，在單個易用且高成本效益的平臺基礎上，能夠支持所有主要的無線標準。 WPC聯盟和Airfuel聯盟之間缺少統一的標準使得供應商在他們的產品中采用這些技術的步伐非常緩慢。一旦在這場無線標準之爭中明確勝者，那么這個市場將很快形成數十億美元的通用無線充電器業務。最終消費者將能夠從豐富的產品中作出明智的選擇。 |
