无线充电|【芯观点】是什么阻挡了无线充电颠覆性技术革命来临的步伐?

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在好莱坞众多影视作品中 , 如《花木兰》、《功夫熊猫》、漫威电影《尚气》等 , 我们看到了西方对于中国传统哲学“气”这一概念的痴迷 。 在半导体和通信领域 , 这一点同样得到了展现 。
十二年前 , 无线充电联盟(WPC)在北京举行新闻发布会 , 宣布将无线充电国际标准Qi协议引入中国 , 来自工信部、科技部、国家知识产权局等政府单位领导 , 以及中国电子、飞利浦、诺基亚等高层也参加了发布会 。

电影《花木兰》截图
这个Qi就来自汉语拼音“气” , 寓意以一种“气”这样一种无形、难以捕捉的能量流来主导电力的无线传输 。 Qi协议一开始就力图要把自身打造成一个强大开放的、协作的平台 , 可加速实现一个全新的、兼容的、全球化的生态系统 。 该协议的主旨是保证无线充电产品的兼容性 , 在开始阶段逐渐得到了大部分科技公司的认可 , 2017年苹果公司也加入到Qi协议体系中 , 无线充电的产业生态一度蔚为大观 。
曾几何时 , 诺基亚在其旗舰机Lumia920等无线充电手机掀起过热销狂潮 , 狂潮还未退去之时 , 在“2012中国国际信息通信展”上 ,WPC更是一口气展出了超过70款支持Qi标准的无线充电产品 , 无线手机快充之势看起来一定会伴随着智能手机屏幕、射频前端、AP集成等一起飞速成长 , 甚至会发起对有线快充颠覆性技术革命 。
无线充电技术 , 确实看上去很美 。 告别接触式充电 , 既方便也提高了安全保障 , 不但可以解决USB接口的统一兼容问题 , 还可以减少耗材的使用 , 契合了社会节能环保和“双碳”主题 。 十多年过去了 , 无线充电这场革命是否真的已经到来 , 或者即将到来?
Qi协议与无线充电类型
在有线快充领域 , 至今业内还面临着协议的统一问题(如SCP/FCP快充协议 , 高通QC协议、PD协议等等) , 无线快充在进入电子消费和车载领域之后 , 协议也同样并非一家独大 , 一开始除了Qi 协议以外 , 国际上主要还有 PMA(Power Matters Alliance)协议 ,A4WP(Alliance for Wireless Power)协议 。 PMA 与Qi 协议的无线充电类型基本相同 , 即均基于传统的电磁感应原理 , 但前者更依赖于使用外设搭配 , 而不是通过重新设计手机本身来实现 , 且多用于非通信类微型电子设备 , 而Qi多用于手机 , 且侧重于直接改进手机本身的充电设计 。
上述无线充电领域的一系列的标准 , 背后所支撑的是三种无线电能传输的实现方式 , 电磁感应耦合式 , 磁共振式(磁耦合谐振式) , 和电波式无线传输(电磁辐射式) 。
Qi协议即基于电磁感应耦合式 , 是目前三种无线传输类型中技术发展最成熟的类型 。
电磁感应充电的基本原理是通过两个靠近的线圈来实现能量的传递 。 发射机中的初级线圈通通过交变的电流 , 即DC-AC 高频逆变电路可以将适配器提供的直流电转换为高频的交流电产生交变的磁场;接收机中的次级线圈过拾取交变磁场(为了使能量能够无线或者说无接触式的传播 , 在接收端必须有一个次级电感来接受能量) , 从而在线圈中产生感应电流 , 实现了能量从发射机到接收机的传递过程 , 如下图:

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