便携设备无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚。智能型手机制造商早在2013年就开始在其智能型手机中整合无线充电功能。未来,行动设备的无线充电功能有望像Wi-Fi和蓝牙一样普及。
2015年6月无线电源联盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)和电力事业联盟(Power Matters Alliance, PMA)合并,组成AirFuel联盟(AirFuel Alliance)。这一合并之举加速了未来消费者无论到何处,设备充电将具有互操作性、便利性的愿景实现。
近场感应充电
尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)最早在19世纪80年代证明了近场或磁共振充电,透过振荡磁场传递能量(图1)。

图一磁共振示意图
从发射器传递到接收器的电流和电压必须是交流电。充当发射器的充电垫从墙上插座中汲取电力,将交流电网电压进行降压并转换为直流,为发射器的驱动器和控制器电路提供偏置。驱动器和控制器产生开关讯号,并可调节开关频率,将直流电再变为交流电,输入到初级侧线圈。
在接收器侧,交流电经过整流后,透过同步转换进行调节,用于对电池充电。根据接收器所需的功率大小,线圈中的频率发生变化。通讯讯号迭加在功率讯号上,所以两者均知道设备已经放在了充电垫上。感应充电效率较高,但对于线圈是否对准非常敏感。需要将耦合线圈调节到略微偏离谐振频率,以优化功率传输(图2)。

图2 近场感应充电系统
无线充电联盟(Wireless Power ConsorTIum, WPC)制定的Qi是目前主流的近场无线充电标准之一,该共同体包括200多家公司。AirFuel近距离磁感应(InducTIve)是另一种标准。Powermat是桥接技术的很好例子,该技术提供通用环,配合充电垫使用,为便携设备充电。
近场共振充电
共振充电是另一种近场充电形式,与电磁场工作原理相同,但需要共振器前端(图3)。该标准由AirFuel Resonant主导,允许发射器和接收器之间的距离较短。单个6.78MHz发射器可支持多个接收器,无需实物对准。然而,接收器和发射器之间要求严格的频率匹配,从而在特定线圈尺寸下最大程度地延长功率传输距离。随着连接设备数量增多和距离延长,传输功率下降。发射器和每个接收器之间,需要具有独立的双向信道,通常是由蓝牙来负责这项任务。

图3 近场共振充电系统
表1为Qi、AirFuel InducTIve及AirFuel Resonant三种近场充电标准比较表。值得注意的是,无论是电磁感应还是共振充电,发射器和接收器之间都必须保持在最短距离以上。

表1 近场充电标准比较
由于存在两种标准,通用汽车(GM)宣布其汽车将同时支持AirFuel InducTIve和Qi标准。三星(Samsung)也决定其手机将支持两种标准。
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