2013年无线充电的应用前景

      一、无线充电的起源

     在上世纪初，尼古拉.特斯拉（Nicola Tesla）就进行过远距离无线输电的实验研究，该项计划因资金等原因中途夭折，但远距离无线供电技术一直在进行着。研究表明，远距离传输电力，传递能量效率低、辐射大，目前还不能现实，近距离的能量传输可以做到。

     近几年，便携式电子产品广泛使用,如手机、笔记本、平板电脑等移动设备的电池充电时都需要一个充电器，连接着市电和移动设备，使用频繁且不方便，过多的插拔容易损坏，也不安全。在有些恶劣的工作环境下，比如水中，更需要避免电气接触。有些使用电池的重要设备，由于电池的使用寿命有限，当电量耗尽时，需要将设备打开更换电池也是非常麻烦的事情，有的也是不允许的。因此这种近距离无线供电技术有着广泛的应用前景。

     二、无线充电的原理

     目前，市场比较主流的无线充电技术主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波、以及共振作用，其中无线电波技术主要使用在信号的传输。

     （一）电磁感应

     Qi标准采用的是最为主流的电磁感应技术，下面是WPC(Qi)系统的概述

     上图显示了一个WPC型电感式无线充电系统的结构图。发射器由一个AC/DC功率转换、驱动器、发射线圈、电压电流检测和控制器组成。接收器由一个接收线圈、整流、电压调节和控制器组成。电路负载可以是任何电池供电设备，比如：一部手机。在这个无线充电系统中， AC电流过发射器驱动线圈后形成耦合磁场，能量通过该磁场从发送器传输至接收机。发射器驱线圈所产生的场力线耦合至接收器线圈。耦合场力线在二次绕组中形成AC电流，对其整流便可产生DC电压，从而得到所需要的电源。在使用时需要注意，这种充电方式是松散耦合的，接收器要尽量靠近发送器才能得到较高的传输效率。

     （二）电磁共振

     从发射端发出的电磁波频率与接收端的谐振频率一致,使两个线圈产生共振,实现能量的传递，能在一定距离内,透过所有非金属实现能量传递,但却不能透过金属介质。

     发射的电波接收后转化为电流，经过一个LC电路发生共振（相当于物理里机械的共振），加强共振的这个频率的电波信号，再进行还原，放大，实现能量的传输。

     （三）电磁共振的使用有着固有的特性和缺陷，归纳为以下几点：

     1.电磁共振实现的前提条件是发射端与接收端的谐振频率必需完全相同。

     2.电磁共振以“电能一-磁能一-电能”的方式实现能量的传递，是一个开放的系统，存在着电磁的辐射和能量的损失。因而，实际效率很难超过 8 0 ％，较远距离的传输，效能更低，难符合节能的要求。

     3.电磁共振能穿透非金属的介质，却无法穿透金属。使用时，可以利用这点来实现对其自身的EMI辐射的控制。

     4.在近距离的电磁共振中，还存在着空振高压的问题。接收电路中，带有负载和没有加负载的时候，电压相差数倍甚至是十倍以上，接收电路空载时，因为电压的大幅度提升，将负载损坏。这是无线供电中难以使用电磁共振方式的原因。

     （四）无线充电的问题

     无论采用哪一种无线供电方案，都存在一些关键问题有待解决。一是传输效率不高的问题，二是充电过程中产生对外辐射问题，三是有效传输距离的问题和传输功率的问题。目前的大部分采用Qi标准的无线充电方案，能量的传输效率可以保持在70%左右，与有线的充电方式很接近。而且无线充电装置都采用智能化控制，能自动识别负载是否完成充电，比不能识别是否充电完成的传统充电器更加环保，电能利用率更高。

     无线充电联盟所制定的规范文件要求，使用无线充电的产品工作频率设定的范围是50HZ—60HZ，在理论上其电磁辐射与普通小家电相当，而且这个标准低于国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）所颁布的对于公众接触产品的电磁场接触限值，该限值目前已得到超过35个国家的专家委员会审核通过。也有些专家表示，产生辐射的不仅仅是无线充电器，电脑、手机、WiFi、电视、微波炉等同样有辐射，存在一个叠加辐射的问题，专家提醒，在使用具有电磁辐射的产品时，最好保持适当的距离，使用之后养成洗脸、洗手的习惯，以有效降低电磁辐射对健康造成的不良影响。