无线充电原理

1.三大国际联盟及标准

图1 无线充电技术三大国际标准联盟

目前的无线充电技术正在不断成熟，技术发展稳步推进，国际标准也在逐步成形。目前主流的无线充电标准有三种：Power Matters Alliance（PMA）标准、Qi标准、Alliance for Wireless Power（A4WP）标准。

图2 WPC推出的Qi标准成员多达212家

三大标准中，Qi标准是由成立于2008年12月17日的全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟（Wireless Power Consortium，简称“WPC”）制定的国际标准。目前，WPC是全球应用最为广泛、产品化最多的无线充电技

术标准组织。WPC在全球成员单位超过200家，多是通讯产品的世界级巨头。由飞利浦、Fulton几家发起的无线电力传输联盟经过五年多的发展，目前共有212个成员，通过Qi认证的无线充电产品已达到515款，其中包括三星Galaxy S-View Flip Cover和其他各款手机充电器产品，包括诺基亚、LG、松下、索尼、Moto、夏普、富士通、NEC、Pantech等。这充分显示了WPC的QI无线充电技术在各大领域内的迅猛发展。2010年8月31日，无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。

2.无线充电原理

无论不同的无线充电技术的差别有多大，它们背后的原理就是我们熟知的电磁感应现象，具体来说就是利用变化的电场产生变化的磁场，再利用变化的磁场产生电场，从而产生电流为设备充电。一根通电导线周围产生的磁场的方向垂直于电流方向，而且通常情况下是非常微弱的，但是如果将导线绕成圆形或者是螺形的话，相同方向的磁场便会叠加，从而形成较强的磁场。其实无线充电的原理就类似于我们生活中常见的变压器，都是利用一个线圈中的电流在另一个线圈中产生电流。但区别于变压器通过铁芯传导磁场的方式，无线充电设备中的感应线圈经过了一些特殊的调整，是以空气为介质传导磁场的，从而产生感应电流。同时，和声音的共振一样，两个线圈感应也需要设置一个共振频率，使接收线圈和输出线圈的频率一致，从而在输出线圈电流很小的情况下，也能在接收线圈中产生足够强的感应电流。

图3 电磁感应方式无线充电实现原理

实现无线充电主要通过三种方式，即电磁感应、电磁共振、以及远距离的无线电波作用。而前两者已经成为目前商用化无线充电产品采用的主要方式。

图4 三种无线充电方式的对比

2.1电磁感应方式

目前最为常见的充电解决方案采用电磁感应方式。利用法拉第电磁感应，当电流通过线圈之后，便会产生出磁场；而产生的磁场又会形成电压，有了电压之后便会产生电流，有了电流便可以充电。通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从传输端转移到接收端。电流流过线圈会产生磁场。其他未能电的线圈靠近该磁场就会产生电流。通过“电磁感应”这个物理现象，可以将能量从左边的能量发射线圈向右边的能量接收线圈传递。

无线充电联盟（WPC）主要是采用此方法实现能量转移，目前主要为5W产品的低功耗应用制定规范，也在尝试为高功率产品制定规范。它可实现在一个平

面上为多个电器进行充电，充电板的发射端与充电产品接收端距离较近。该方案已经有较多的实际应用案例，但仍缺乏主流厂商引导市场，目前诸多厂商蠢蠢欲动，预计很快需求将爆发。

图5 电磁感应方式无线充电实现原理

2.2磁共振方式

磁共振方式由美国麻省理工学院（MIT）物理学家马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）于2007年进行了验证，自此受到了广泛关注。磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。利用共振还可延长传输距离。电磁感应方式的供电距离最大为数mm～10cm左右，而磁共振方式如果线圈够大，可向数米远以外供电。另外，磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。

共振无线充电，充电板与智能机装置拥有同样频率的共振线圈，通过共振来充电，因此即便智能手机不与充电板接触也可进行充电。三星、高通等厂商发起的第二个无线充电联盟

图6 电磁感应方式无线充电实现原理

A4WP（Alliance for Wireless Power），旨在推广共振方式无线充电技术的发展，希望拉长无线充电距离。用户只需将需要充电的终端放置在床头柜、汽车控制台、办公桌等台面，就可为多个终端同时充电，因而能够带来便捷的体验。该方案目前尚没有见到成熟样品，但一旦取得突破将可能成为新的杀手级应用。

2.3无线电波方式

无线电波是另一个发展较为成熟的技术，其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。有公司研发的微型高效接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器，就可将无线电波转化成直流电在为不同电子装置的电池充电。该方案主要的缺点是传输功率太低。