电磁感应式无线充电的核心技术

电磁感应式无线充电的核心技术

相较于其它电子科技发展，感应式充电的技术发展显的缓慢，几个关键技术问题直到近年才有解决方案，且解决方案还在不断的演进中。无线充电可通过许多方式去完成，以目前的技术中“电磁感应式”为已经量产且经过安全与市场验证的产品，在生产成本上电磁感应式技术的产品低于其它技术，有市场预测在接下来数年内，在消费类电子产品领域中该类产品将呈倍数成长。在本文中将探讨目前在电磁感应式无线充电系统中三大核心技术：谐振控制、高效能功率传输以及数据传输，以及它们面临的难题与现有的解决方法。

谐振控制

现今量产的IC制程已经进步到纳米层级，但量产电容、电感组件的规格却很难作到误差在百分之一以下，而在电磁感应式电力系统中的系利用两个线圈感应，而线圈即为电感，在线圈上需要搭配电容作为谐振匹配，这样的构造即同LC振荡装置，较为不同的是在这系统中的目的是为了要在线圈上传输功率，为了提高效率需要在电容、电感选用低阻抗零件使质量因子Q提高，在这样的设计下其谐振曲线的斜率变的非常的大，在量产中系统设计频率与电容、电感搭配变的非常困难，因为先前提到电容、电感存在相当的误差，在量产中这样的误差若是没有在系统中加入谐振控制修正误差因素，则成品良率难以控制。在电容、电感误差下会搭配出偏移原设计谐振点组合，导致发射功率与设计预定值有所偏差。参考图（一）所示，在电磁感应电力系统中发设端的线圈上讯号振幅大小即为输出功率的大小，在这个示意图中表示一组线圈与电容组合的谐振曲线；在曲线上横轴为操作的频率，在不同的工作频率下于线圈上有不同大小的振幅输出，而最大振幅的谐振电将出现在频率F=1/(2π√(LC))之上，在设计上并不会将系统设定在最高功率输出的谐振点上，而是会工作在比谐振点高一些的频率使输出功率维持在适当值，在系统中我们通常称这个频率为中心工作频率。在感应供电过程中可能会需要加大或降低输出功率，这时只要调整工作频率就可以完成。如图（一）所示，在需要加功率时需要降低些频率使其靠近谐振点，用以提高输出功率，反之要降低输出功率只要提高频率即可完成，在此将这个方式定义为变频式功率调整。

图（一）变频式功率调整

另外一个改变输出功率的方式为改变发射端上的驱动电压，参考图（二）所示，在同一线圈与电容的谐振组合中，当于驱动发射线圈上的开关电压大小即直接改变的输出功率的大小，在此将这个方式定义为变压式功率调整。

图（二）变压式功率调整

先前有提到在量产中线圈与电容存在的误差需要被修正，修正的目的在于每一组生产出来的

产品需要有一致的功率输出设定。参考图（三）所示，这是典型量产中产品的谐振曲线，有谐振点偏高与偏高的产品；在变频式的系统中，为了要始输充功率都合乎预期设定，当谐振点偏高（电容或电感值偏小）的组合中即提高中心工作频率使输出功率与设计目标相同，反之谐振点偏低时就反向操作，如图（三）中所示，变频系统拥有宽裕的修正容许空间。

图（三）变频式谐振偏差修正

另外一个修正谐振偏差的方式为变压式，参考图（四）所示利用改变驱动电压的方式进行，当谐振点偏高（电容或电感值偏小）时就降低驱动电压使功率输出降低到所设计的预定值，反之谐振点偏低时就反向操作。可以看出利用变压式的调整方式，修正容许空间相较于变频式较为狭窄，主要为改变电压的修正幅度没有改变频率方式的大，由于反应较缓所以也比较好控制调整幅度。

图（四）变压式谐振偏差修正

在谐振系统中调整功率的方式另外还有改变线圈上的电感值或电容值的方法，但在实际量产上并不容易完成所以不被采用。在图（五）是无线充电联盟规格书中所提的两种控制发射线圈输出功率的方法，第一种是变频调整式，另一种则是变压调整式。

图（五）qi规格书中供电端发射线圈驱动架构图

图（五）qi规格书中供电端发射线圈驱动架构图

表1：分析这两种方式的优缺点

由上表可看出，变频式的在性能上有优势，但在设计上有难度；在主控IC上的输出频率主要是由微处理器架构的PWM输出来完成，电磁感应式的操作频率约在100K~200K Hz之间，需要输出上下缘各50%的方波来进行驱动可以得到较好的效能，而在高Q值的谐振线圈上频率调整范围需要到1K Hz以下；简单的来说设计的输出需要在100K~200K Hz之前以每段1K Hz以下的调整间隔进行变频，在这样的设定需求下低阶的微处理器无法完成这样的功能，另外变频控制下谐振反应敏锐，些微的频率改变会使功率大幅跳动，如何利用软件去控制此现象为谐振控制的技术核心。

在电磁感应式电力系统中最重要的技术问题就是必需要能识别放置于发射线圈上的物体，感应电力就与烹调用的电磁炉一样会发射强大的电磁波能量，若直接将此能量打在金属上则会发热造成危险；为解决此问题各厂商发展可识别目标之技术，经过几年的发展确认藉由受电

端接收线圈反馈讯号由供电端发射线圈接收讯号为最好的解决方式，为完成在感应线圈上数据传输的功能为系统中最重要的核心技术。在传送电力之感应线圈上要稳定传送数据非常困难，主要载波是用在大功率的电力传输，其会受到在电源使用中的各种干扰状况，另外先前也提到这是一个变频式的控制系统，所以主载波工作频率也不会固定。因为困难所以先前厂商推出的技术有除了感应线圈供应电力外，另外在建立一个无线通信频道，例如红外线、蓝芽、RFID标签、WiFi…等，但外加这些模块已经违背的成本原则，这个产品为充电器，成本一定要控制的相当低才可被市场所接受，所以利用感应线圈本身作数据传输为业界必采用的方式。

利用感应电力之线圈进行数据传输会遇到两个问题，就是如何发送数据与如何接收数据，原理同RFID的数据传输方式，供电端线圈上发送主载波打到受电端线圈上，再由受电端电路上控制负载变化来进行反馈，在现行的感应电力设计中为单向传输，也就是电力能量（LC 振荡主载波）由供电端发送到受电端，而受电端反馈资料码到供电端，而受电端收到供电端的能量只有强弱之分没有内含通讯成份，这个数据码传送的机制也只有受电端靠近后收到电力能量才能反馈，在供电端未提供能量的状况下并无法进行数据码传送，乍看来只是半套的通讯机制在感应电力系统中却非常实用，因为满足了系统所需要的功能：供电端辨识受电端后开启发送能量进行电力传输，受电端传回电力状况由供电端进行调整。

参考图（六）中qi规格书中受电端接收电力与数据反馈架构，其中可以看到有两种设计架构，分别是电阻式与电容式两种。电阻式调制反馈讯号的方式源自被动式RFID技术，利用接收线圈阻抗切换反馈讯号到发射线圈进行读取，运用在感应式电力上由美国ACCESS BUSINESS GROUP(Fulton)所申请之美国专利公开号20110273138WIRELESS CHARGING SYSTEM(台湾公开号201018042无线充电系统)内容中有提到系利用切换开关位于接收端整流器后方的负载电阻，即图（六）中的Rcm使线圈上的阻抗特性变化反馈到供电线圈上，经由供电线圈上的侦测电路进行解析变化，再有供电端上的处理器内软件进行译码动作。参考图（七）在专利说明书中，Fig.7中表示供电线圈上的讯号状况，当Rcm上的开关导通时，拉低受电线圈上的阻抗反馈到供电线圈上使其振幅变大，在编码的方式采用UART通讯方式中asynchronous serial format(异步串联格式)进行编码，即在固定的计时周期下该时间点是否有发生调制状态变化进行判读逻辑数据码，但这个编码方式可以发线将会有一段周期的时间持续在调制状态。参考图（八）为qi规格书中的数据传输格式，可以看到是由一个2KHz 的计时频率进行数据调制与译码的数据传送频率，经由推算在一个调至状态下最长会有一个周期的时间在调制状态。UART通讯方式中调制状态的长短并没有影响到系统中的功能，但在感应式电力系统中调制状态会影响到供电的状态，原因是供电端的主载波本身是用来传送电力的，透过供电端与受电端线圈耦合的效果能传送强大的电流驱动力，而受电端的电阻负载需要承受驱动电流进行反馈，当功率加大后在Rcm上所承受的功率也会增加，且在调制期间原要通往受电端输出的电流也会被Rcm所分流，所以在调制期间受电端的输出能力会被损耗；另外调制的时间会因为传送频率提高而缩短，因为在感应式电源系统中主载波的工作频率受于组件与电磁干扰法规限制下只能在较低的频率下运作(约100~200KHz)，而数据是靠主载波上的调制状态传送，所以数据传送频率需要远低于主载波频率下才能顺利运作，在前述条件的冲突下可以发现当感应电力系统设计的功率提高后，电阻负载的数据调制方式为不可行，因为在调制电路上的电阻器会有相当长的周期在导通的状态造成功率消耗。

图（六）qi规格书中受电端接收电力与数据反馈架构

图（七）美国专利公开号20110273138WIRELESS CHARGING SYSTEM内容

图（八）qi规格书中数据传送格式

前段所提当功率加大后因为受电端上的讯号调制用负载电阻需要吸收较大的电流会产生功率损耗问题所以较为不可行，且为了反馈讯号容易被辩识需要有较大的反馈量使线圈上有较大的调制深度，这个设计下需将使接收端上的负载电阻设定较低的阻抗用来吸收更多的能量产生反馈，在这个循环下要提升感应式电源供应器之可用功率将遇到瓶颈。所以有厂商提出另一个电容式讯号调制方法。由香港ConvenientPower HK Ltd申请之美国专利公开号20110065398UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER（用于无线电力中的数据调制与解调方法），参考图（九）说明其内容所提的在先前设计在受电端产生调制反馈能量的负载电阻改成电容，其因为采用电容调制时会在供电端发射线圈上产生电流与电压相位差变化，所以可以利用分析此变化来进行译码；这样的设计可以不需要产生很大的调制深度即可达到反馈数据的目的，所以即使在较长的调制期间并不会消耗过多的能量。这个技术中需要在供电端上取出三个值进行分析：1.为供电线圈上的交流电压值2.为供电线圈上的交流电流值 3.为驱动供电线圈的电源电流，其中电流值需要将供电线圈到接地端串连一个电感，量测电感两端的电压值来测定电流，而这三个数值的变化量都很微小，所以从供电线圈取回讯号后需要透过多重的放大电路进行解析，这部份也造成电路成本的提高，参考图（十）、（十一）中可以看到这两种讯号调制的方法所造成供电线圈上所发生的讯号变化。

图（九）美国专利公开号20110065398UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER内容

图（十）ti规格书说明电组式讯号调制电路

图（十一）ti规格书说明电容式讯号调制电路

前段所提到的技术中，在WPC qi规格中所定义为调制期间讯号与非调制期间讯号在供电线圈上产生的高低差需要大于电流差15m A、电压差200m V，相较于送电期间在供电线圈上的主载波电压约在50V~100V之间，这个电压变化量相当小，也就是透过放大电路将微小的变化量当作反馈讯号处理。在实际应用时会发现，造成供电线圈上振幅与电流变化的原因不只是来自受电端的反馈讯号，另外在受电端输出的负载上产生变化时也会产生供电线圈上的电压与电流变化，而先前技术所运的的是缩小反馈深度使调制讯号造成的功率损耗降低，在实际应用上受电装置大多不是稳定的负载，市面的手持装置在充电时会有快速的电流汲取变动，而这样的变动下会使供电线圈上的电压与电流产生跳动，经过电路放大讯号后会变成数据码中的噪声，而这样的噪声会使讯号传送失效。参考图（十二）qi系统中的数据传送波型组图，这是取ti供电端bq500110EVM-688Evaluation Module与受电端bq51013EVM-725

Evaluation Module量测到的波型，而这个套件是符合qi兼容性规范的产品，量测电RX反馈发送为bq51013EVM-725上讯号调制电容上的波型，当在调制期间会将电容接地使吸收能量使讯号变小，此时产生了反馈到供电线圈上，使TX发射线圈产生高低起伏。而COMM1与COMM2分别为透过OPA放大电路所解析出的电压与电流变化结果，转成数字讯号交由微处理器判读。传送数据的方式就是周期性的连续产生调制反馈，组合成数据框再经由微处理器判读数据内容，而传送的过程中若有遗失部份讯号就会使整个数据框失效。由波型图中可以看出这样的调制讯号会依负载的状况而变动，且在通讯中数据框需要一段长度才能送完，而在这个期间内发生的负载变动都会使数据传送失败，而在系统中供电端需要靠来自受电端的数据码确认装置存在才会持续送电，当数据传送机制失效时将会造成电力中断。

图（十二）qi系统中的数据传送波型图1

图（十二）qi系统中的数据传送波型图2

图（十二）qi系统中的数据传送波型图3

图（十二）qi系统中的数据传送波型图4

图（十二）qi系统中的数据传送波型图5

图（十二）qi系统中的数据传送波型图6

图（十二）qi系统中的数据传送波型图7

图（十二）qi系统中的数据传送波型图8

前述的资料传送方法中，电阻反馈式利用较强的反馈讯号可以使讯号容易被辨识但会损耗较多的功率；电容反馈式利用细微的反馈变化损耗较少的功率却容易受到噪声干扰。这两个方式在提高传送供率的应用有所困难，另外有厂商Fu Da Tong Technology Co.,Ltd申请之美国专利公开号20110065398UNIVERSAL DEMODULATION AND MODULATION FOR DATA COMMUNICATION IN WIRELESS POWER TRANSFER（高功率感应式电源供应器中数据传输之方法），参考图（十三），其技术主要是将调制讯号的格式设计成非对称的数据传送，将调制反馈也就是消耗功率的时间缩短，利用较深的反馈讯号与噪声排除的软件控制方法可以在高功率系统中稳定的传送数据讯号，且在供电端的讯号解析部份不需要放大电路，可以降低生产成本。

图（十三）美国专利公开号20110278949HIGH-POWER INDUCTION-TYPE POWER SUPPLY SYSTEM AND ITS DATA TRANSMISSION METHOD内容1

图（十三）美国专利公开号20110278949HIGH-POWER INDUCTION-TYPE POWER SUPPLY SYSTEM AND ITS DATA TRANSMISSION METHOD内容2

高效能功率传输

要提高电磁感应式无线电力系统的电力传送效率与功率，最简单的方式就是选用高性能的电子组件，参考图（十四）典型的电磁感应式无线电力系统架构。在系统中有四个主要传送功率的损耗点（从供电端直流电源输入开始看）：1.供电端的驱动组件，主要是电流通过MOSFET的损耗、2.供电与受电线圈与谐振电容通过电流的损耗、3.受电端整流器交流到直流的转换损耗、4.受电端稳压器转换损耗。由这四个损耗点可以看出供电端占了两项、受电端占了三项，过去的实验中发现在受电端的损耗是供电端的两倍以上，因此在传送电力过程中受电端温度升高会比供电端明显，这也是受电端电路设计上会比供电端来的困难的原因。刚所提及提高电力传输效能最容易的方法就是使用高性能的组件，但在量产品上是无法实行的，主要是充电器本身在市场的价位低所以在成本上有相当大的限制。除了前述的方法外，有一个好的解决方试，就是供电端只发送受电端所需要的功率，在受电端上收到过大的功率会提高整流器与稳压器的转换损失，而要完成这个功能就需要先将系统中的谐振控制与数据传送功能完成。

图（十四）典型电磁感应式无线电力系统架构

一个高效能的感应式电力系统的运作，为受电端可以透过数据传送通知供电端目前所需要的功率，而供电端在透过谐振控制调整功率输出发送到受电端，而这个动作是需要快速的自动调整，所以在数据传送上需要非常稳定才能实现。所以

感应式电力系统最重要的核心技术为数据传输的部份，也是目前各厂商积极研究改良的技术，这方面的技术还有很多困难点需要突破，笔者认为在数年内还会有

相当大的进展。

电磁感应在无线输电及无线充电的应用

电磁感应在无线输电及无线充电的简易实验 导言： 无线输电一直以来是人类的梦想，从特斯拉的全球输电设想到现今天，微波输电 激光输电 电磁波电力传输 电磁感应等方法都已在实验室获得成功。2007年MIT 的科学家团队开创了感应输电的新模式---自谐振线圈耦合模式。自谐振线圈具有很高的Q 值，在输电方面具有极大的优势。利用电磁感应原理的无线输电技术进年来也有较大发展，虽然输电距离较近，但在小功率短距离输电情况下具有很大的优势。在无线输电的几种方式中，LC 谐振式的结构最适合给小型电子产品进行充电。 具体方案： （1）电路结构图1： C1 0 S W 2 S W 1 L3 0 L 2 0 L 1 0 在本次试验中 L1=L2=33μH C1=1μF L3=0.2μH （4T ） 谐振频率 f= 经计算谐振频率大约在350KHz 在对本次试验过程中，发现可以通过LC 回路两端电压的特点控制功率开关器件，不仅不需要外接驱动信号，还自动适应LC 谐振回路，省去了锁相环电路。在进行多次尝试后，我设计出一种全新的震荡电路。 （2）电路图2：

R 2 100 R 1 100 Z 2 1N 2804 Z 1 1N 2804 V1 8 D2 1N1183 D1 1N1183 C1 1u L 1 33u SW1 L3 200m L 2 33u T2 IRFP250 T1 IRFP250 振荡建立过程： 上时电，两管截止，LC 回路两端电压快速上升，R1 R2提供G 极开启电压，Z1 Z2限压（在低于12v 电源输入时不需要12Ｖ的齐纳二极管Z1，Z2）两管开启，但因电路中元件的离散性和电路的不完全对称，两管导通存在时间和通过电流差异，LC 回路两端的电压有一定的差别，于是电容充电，进而引起振荡，在开关管导通时，L1与L2起了缓冲和限流作用。 电路在很短时间完成了建立振荡的过程，之后随LC 回路两侧的压差，使D1,D2交替导通，同时LC 回路两端的电压在MOS 的导通电压处变动时，MOS 开通和关闭。因为功率MOS 放大区很窄，并且在 （3）经实验，此电路在20KHz-2MHz 下都能稳定工作，在此对350KHz 和2MHz 下的工作情况进行分析： 在350KHz 下输电频率较低，但整体系统效率较高。在离线圈1cm 处效率??，随着距离加大快速降低； 在2MHz 下：因MOS 管G 级电容等因素影响，功率管有少许发热，但使用单匝线圈即可使之正常工作，这使得初次极线圈很好布置。 （4）功率控制： 通过控制加在SW1端方波的占空比来控制输出功率 （5）自谐振线圈耦合模式尝试

手机无线充电技术详解

手机无线充电技术详解 未来的愿景：每个人的手机上，只需要有个充电的APP，就可以实现无线充电，网上付费。随时随地，不受环境限制。 不久前三星Galaxy S8发布，其亮点功能之一便是无线充电。三星Galaxy S8搭配了折叠式无线充电器，利用无线充电，三星Galaxy S8的电量能被很快充满。但一个尴尬的事实是，无线充电仍然只是少数厂商的坚持。不过在三星坚持的同时，苹果也暴露了布局无线充电的野心，两大巨头的不谋而合，很可能在这个尚未被重视的领域再次开战。 就目前手机行业现状来说，无线充电尚未大面积流行，没火的原因并不是因为无线充电没有搭载的必要，而是现阶段该技术还存在诸多短板。三星的无线充电方案已经达到了手机无线充电领域最为前端的水准，但仍需要在技术方面得到质的飞跃。 有消息称，三星Galaxy S8无线充电支持Qi和PMA两种协议，这两种协议仍有两大短板尚未解决——传输距离短，摆放位置要求严格，这也是阻碍无线充电流行起来的技术门槛。为何技术难点迟迟难以攻克，我们先要从无线充电的原理讲起。 手机无线充电原理 无线充电的原理就是利用电磁波感应，其过程类似于变压器通电，在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。无线充电技术的原理研究可以追溯到19世纪30年代，科学家迈克尔?法拉第首先发现了电磁感应原理，即周围磁场

的变化将使电线中产生电流。到了19世纪90年代，爱迪生光谱辐射能研究项目的一名助手，伟大的科学家尼古拉?特斯拉证实了无线传输电波的可能性。现阶段无线充电存在四种不同的商用技术：电磁感应技术、无线电波技术、电磁共振技术、电场耦合技术，主要用在手机无线充电的技术是电磁感应技术和电磁共振技术。当然无线供电在以后的家电，以及发展势头正猛的电动汽车上也有比较广阔的前景。一旦无线充电突破技术壁垒，在保证转化率、安全性、易用性的同时，高效快速的充电就会像科幻小说《三体》里描述的那样，给人类带来生产力的进一步发展。在这里，我们单说一下关乎手机充电的电磁感应、电磁共振。 ①电磁感应式充电 初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的手机无线充电解决方案就采用了电磁感应，手机无线充电使用的充电座和终端分别内置了线圈，二者靠近便开始从充电座向终端供电。为提高供电效率，需要使线圈之间的位置对齐，不产生偏移。 现阶段电磁感应无线充电相对于磁场共振充电能够拥有更高的转化率，充电转化率可达80%左右，目前该技术被广泛的运用到了手机无线充电领域。但这种方式的无线充电技术也存在比较明显的弊端——传输距离短、位置要求严格。现阶段上市的无线充电手机，都需要手机与充电板接触才能进行无线充电，而且对放置位置有着极为苛刻的要求。 采用这种方式的无线充电传输距离难以改进，所以厂商针对其放置位置要求严苛的情况进行了改良。2011年8月从事智能手机外设业务的日本Oar公司推出了

全面解析无线充电技术

摘要：扔掉电源线，给自己的智能手机进行无线充电。相对于大功率电能传输，小功率的无线充电技术更具实用价值，需要频繁充电的智能手机是该项技术最大的受益者。 扔掉电源线，给自己的智能手机进行无线充电。这对于许多人来说可能有点天方夜谭。但事实上，无线充电技术很快就要进入大规模的商用化，这项此前不为大众所熟悉的技术，正悄然来到我们的面前。 老技术、新技术 以无线的方式传输电能，其实是一项非常古老的技术，它可以追溯到人类开始拥有电力的19世纪。当时对于电力的传送有两种思路，一种是以爱迪生为代表的有线派，即架设线缆用于电力的远距离传输，这种方案成熟可靠，缺点是工程量巨大，并且成本高昂。还有一种就是尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla，世界上第一台交流电发电机的发明者)在19世纪末提出的无线传输方式，特斯拉当时构想通过电磁感应的方式，让电能以大地和天空电离层为介质进行低损耗的传送。这项实验据说获得成功，但是因政治和经济因素被中止。无线传输技术后来只是被用于电信号发送领域，也就是信息的交流，远距离能量传输从来都没有进入实用化，虽然它在物理学上是完全可行的。 诺基亚Lumia 920智能手机可实现无线充电

直到一百年后的今天，这种局面才获得改变。在电动牙刷、剃须刀等不少低功率的日用家电产品中，我们看到了非接触式无线充电技术的应用，给用户带来相当的便利。随着无源式RFID电子标签的实用化和无线网络技术的大发展，诸如隔空点亮灯泡的无线供电实验也屡见报端，这一切都点亮了人们对“无线”未来生活的无限憧憬，科学界也不遗余力地朝着这个方向努力。 2001年5月，国际无线电力传输技术会议在印度洋上的法属留尼汪岛(Reunion Island, France)召开，法国国家科学研究中心的皮格努莱特(G. Pignolet)作了一个公开实验：他利用微波技术，将电能以无线的方式传输，最后点亮了一个40米外的200瓦灯泡。其后，据研究者有关文章介绍2003年在岛上建造的10千瓦试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz 频率向接近1km的格朗巴桑村(Grand-Bassin)进行点对点无线供电。 到2006年末，也有报道称麻省理工学院在无线电力传输技术上获得突破：以物理学助教授马林·索尔贾希克为首的研究团队试制出的无线供电装置，可以点亮相隔2.1米远的60瓦电灯泡，能量效率可达到40％，相关内容刊登在2007年6月7日的《ScienceExpress》在线杂志上。这个“隔空点灯泡”实验引起了欧美及全球各大媒体的极大关注。后来英特尔西雅图实验室的Joshua R.Smith在这一成果上进行改进研究，并将供电效率提高到75%（1米范围内），这样的效率相当了不起，对于笔记本电脑、智能手机、平板这样的设备来说已足够优秀，而英特尔也在2008年8月的信息技术峰会上对此作了演示。 不过，相对于大功率电能传输，小功率的无线充电技术更具实用价值，需要频繁充电的智能手机是该项技术最大的受益者。在四年后的今天，我们在诺基亚Lumia 920智能手机上看到了商用级无线充电技术的身影，与此同时大量的手机厂商和外设厂商跟进，针对智能手机的无线充电技术一夜之间就进入爆发前夜。 无线充电四大“流派” 无线充电技术可以分为四种类型，第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输，它的特点是传输距离短、使用位置相对固定，但是能量效率较高、技术简单，很适合作为无线充电技术使用。第二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁共振”等形式传输，它具有较高的效率和非常好的灵活性，是目前业内的开发重点。第三类是“电场耦合”方式，它具有体积小、发热低和高效率的优势，缺点在于开发和支持者较少，不利于普及。第四类则是将电能以微波的形式无线传送——发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用，虽然这种方式能效很低，但使用最为方便，英特尔是这项方案的支持者。

无线充电技术(四种主要方式)原理与应用实例图文详解

无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域及电动汽车和列车领域。未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA 等电器放在桌上就能够立即供 电。 以下是四种主要无线充电方式： 无线充电方式 充电 效率 使用频率范围 传输距离 电场耦合方式 电磁感应方式 92% 22KHz 数mm-数cm 磁共振方式 95% 13.56MHz 数cm-数m 无线电波方式 38% 2.45GHz 数m- 1.电磁感应方式

无线供电驱动一枚60W电灯泡，效率高达75%。 电磁感应无线充电产品示意图

电磁感应方式，送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话，传输效率就会急剧下降。下图靠移动送电线圈对准位置来提高效率。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”， 无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。

在伦 敦利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现为电动汽车无线充电。在展示过程中，该公司将电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下侧，这样电池就可以通过无线充电系统进行无线充电。

电动牙刷无线充电示意图 一种无线充电器发送和接收原理图

2. 磁共振方式 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。 相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。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。 应用： 三菱汽车展示供电距离为20cm，供电效率达90％以上。线圈之间最大允许错位为20cm。如果后轮靠在车挡上停车，基本能停在容许范围内。 索尼公司发布的一款样机：无电源线的电视机利用磁场共振实现无线供电的电视机。 还有将供电线圈埋入道路中，在红灯停车时和行驶中为电动汽车充电的构想，以及利用植入轨道中的线圈为行驶中的磁悬浮列车供电的设想。 磁共振方式由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。

无线充电器技术及原理简介

无线充电器技术原理简介 无线充电技术利用了电磁波感应原理，及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术，用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电，这样的充电方式过去曾经出现在手表和剃须刀上，但是当时无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。无线充电器技术原理构图如图2所示 最初由英国一家公司发明了一种新型无线充电器，它看上去就像一块塑料鼠标垫，这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列，可产生磁场，将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备，进行充电。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，大小和形状都与口香糖相似，可以很方便地贴在电子设备上。将手机等放在垫上就能充电，并能同时给多个设备充电。 无线充电技术此前已经出现，但这项新发明更为方便实用。手机等设备只要贴上接收线圈，放置在“鼠标垫”上的任一位置都可充电，不像以前的一些技术那样需要精确定位。几个设备同时放在垫子上，可以同时进行充电。充电器产生的磁场很弱，能够给设备充电但不会影响附近的信用卡、录像带等利用磁性记录数据的物品。 电磁感应无线输电技术(无线充电技术) 电磁感应无线输电技术已经在诸如电动牙刷等小功率产品上获得了应用,但更大功率的传输目前还不现实。Intel日前则在会场上演示了无线公供电驱动一枚60W电灯泡。该项研究是由Intel西雅图实验室的Joshua R. Smith领导的,部分技术基于麻省理工学院物理学家Marin Soljacic的研究。可以在一米距离内无线给60W灯泡提供电力,效率高达75%。Intel 首席技术官Justin Rattner表示,未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA等电器放在桌上就能够立即供电。

电磁感应式无线充电的核心技术

电磁感应式无线充电的核心技术 相较于其它电子科技发展，感应式充电的技术发展显的缓慢，几个关键技术问题直到近年才有解决方案，且解决方案还在不断的演进中。无线充电可通过许多方式去完成，以目前的技术中“电磁感应式”为已经量产且经过安全与市场验证的产品，在生产成本上电磁感应式技术的产品低于其它技术，有市场预测在接下来数年内，在消费类电子产品领域中该类产品将呈倍数成长。在本文中将探讨目前在电磁感应式无线充电系统中三大核心技术：谐振控制、高效能功率传输以及数据传输，以及它们面临的难题与现有的解决方法。 谐振控制 现今量产的IC制程已经进步到纳米层级，但量产电容、电感组件的规格却很难作到误差在百分之一以下，而在电磁感应式电力系统中的系利用两个线圈感应，而线圈即为电感，在线圈上需要搭配电容作为谐振匹配，这样的构造即同LC振荡装置，较为不同的是在这系统中的目的是为了要在线圈上传输功率，为了提高效率需要在电容、电感选用低阻抗零件使质量因子Q提高，在这样的设计下其谐振曲线的斜率变的非常的大，在量产中系统设计频率与电容、电感搭配变的非常困难，因为先前提到电容、电感存在相当的误差，在量产中这样的误差若是没有在系统中加入谐振控制修正误差因素，则成品良率难以控制。在电容、电感误差下会搭配出偏移原设计谐振点组合，导致发射功率与设计预定值有所偏差。参考图（一）所示，在电磁感应电力系统中发设端的线圈上讯号振幅大小即为输出功率的大小，在这个示意图中表示一组线圈与电容组合的谐振曲线；在曲线上横轴为操作的频率，在不同的工作频率下于线圈上有不同大小的振幅输出，而最大振幅的谐振电将出现在频率F=1/(2π√(LC))之上，在设计上并不会将系统设定在最高功率输出的谐振点上，而是会工作在比谐振点高一些的频率使输出功率维持在适当值，在系统中我们通常称这个频率为中心工作频率。在感应供电过程中可能会需要加大或降低输出功率，这时只要调整工作频率就可以完成。如图（一）所示，在需要加功率时需要降低些频率使其靠近谐振点，用以提高输出功率，反之要降低输出功率只要提高频率即可完成，在此将这个方式定义为变频式功率调整。

电磁感应和磁场共振无线充电方式原理

电磁感应和磁场共振无线充电方式原理 无线充电技术对于现代人来说并不陌生，现在有许多手机已经具备这种功能。目前市场上的iPhone8/iPhoneX就支持无线充电功能，但充电功率仅为7.5w，三星公司也推出了无线充电新款据说可以达到15w的充电功率。但 目前与有线充电差距还是很大的，我们只能称之为无线慢充，而且据使用者介绍，这种充电方式电池比较容易发热。不仅在手机行业，电动汽车也是热门行业，汽车能够实现无线充电，甚至家里的许多家用电器都实现无线充电，那能够给人类带来很大的便捷，你完全不用担心什么忘记充电了，什么没电了。所以在无线充电领域，给我们带来的便捷是巨大的，我们还需要继续努力，普及的日子不远了。 无线充电方式很多，目前我们知道有四种方式：1、电场耦合式;2、电磁感应式;3、磁场共振式;4、无线电波式。但由于电场耦合方式和无线电波这种 方式的传输功率较小，目前常用的是电磁感应和磁场共振。 一、电磁感应充电技术 电流通过线圈，线圈产生磁场对附近线圈产生感应电动势从而产生电流，这种充电方式的转化效率较高，但传输距离较短达到0mm～10cm左右，而且对摆放位置要求较高，只能对准线圈一对一进行。金属感应接触还会产生热量造成发热现象。基于磁场感应的无线充电技术，本质上和空心变压器差不多，原理简单，技术成熟，成本低廉，是一种已经广泛普及的技术。不过磁场感应技术的缺陷是传输距离短，充电设备摆放位置自由度低。 该技术目前不仅应用于手机，在电动汽车领域已经有所应用，如今的汽车市场中电动汽车不再是一个小众化市场，随着国家政策支持和各大厂商的大力宣传，电动汽车的保有量在不断上涨，这是一个喜人的想象。但问题也随之

四种常见的无线充电工作原理和优缺点分析

四种常见的无线充电工作原理和优缺点分析 现在的手机发展的越来越智能，各种高科技也加入到我们的生活，比如说现在的一项高科技，那就是无线充电的功能。想必大家还是能够想起以前我们使用万能充充电的时候吧，那个时候的手机还不是一体机，电池还是可以被拆下来的，那个时候我们有两种充电的方式，一种就是依靠万能充，一种就是依靠数据线充电。到后来，手机已经发展到一体机的的时代，我们不能在将电池拆卸下来，只能依靠数据线的方式充电。近几年来，智能机开始配备了一种新的充电方式，也就是无线充电的功能，对于这一项功能虽然科技感超强，但是很多人还是觉得很奇怪，没有数据线的支撑，那么两个设备是怎么样开始电流的传输呢？现在有四种这样的电流传输方式，这篇文章我们就来说一说各种的充电方式。 第一种：电磁感应无线充电，这一种充电的方式就是利用了一个供无线充电板和手机上感应的磁铁之间产生的感应磁通量，将这种磁力转换成一个电力，进行电流的传输。这一种充电方式所要求的电路结构就比较简单，成本上来说也不会太高，但是这种充电的方式也存在着一个缺点，那就是传输的距离过短，如果手机摆放的位置没有摆好，那么就很有可能充不上电，或者充电速度特别缓慢。 第二种：磁场共振式充电，这一种充电的原理是需要两方的谐振器产生一个磁场共振，跟第一种一样，也是通过磁力将它变成电力，进行一个充电，这种方式是需要连接的两方在同一个频率上有震动感，那么就可以充上电，而且适用于距离比较长的传输，不过还是有缺点的，那就是充电的效率会比较低，目前这一种充电方式还正在研究当中，估计要将这个缺点进行一定的改善之后才能出现在市场上。 第三种：无线电波式充电，这一种充电方式是在供电方上配置一个可以进行无线电波的发射的设备，当然有了一个发射设备，就必须要有一个接受的设备，以一种直流电压输出和

无线充电技术实现方式及工作原理 电磁感应原理

无线充电技术实现方式及工作原理电磁感应原理 目前几种无线充电的实现方式 1)电磁感应 最为常见的无线充电方式是利用电磁感应原理，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。这一实现方式得到了无线充电 联盟(Wireless?Power?Consortium;WPC)的大力推广。 无线充电联盟成立于2008 年12 月17 日，旨在为创造和促进市场广泛采用与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi，其成员主要包括德州仪 器(TI)、国家半导体(NS)、ST-Ericsson、罗姆半导体(Rohm)、诺基亚(Nokia)、RIM(Research?In?Motion)、飞利浦(Philips)、三星电子(Samsung)、三洋电机(SANYO)、奥林巴斯(Olympus)、劲量(Energizer)等国际着名厂商，大陆的桑菲 电子和台湾的力铭科技也是该联盟的成员。 2)无线电波 无线电波是另一种较为成熟的无线充电方式，其原理与早期使用的矿石收音 机相类似，即利用微型高效接收电路捕捉从障碍物反射回来的无线电波，然 后将之转化为稳定的直流电压。这一领域的代表厂商为Powercast，该公司早在2007 年便宣称，可利用RF 广播在最多几米以外的地方对小于蜂窝电话的消 费电子设备进行充电。WPC 的重要成员Philips 与之拥有合作关系。 3)电磁共振 还处于研发阶段的电磁共振技术，也可实现无线充电功能。此项技术由美国 麻省理工学院(MIT)物理教授Marin?Soljacic 带领的团队进行研究，2008 年，英特尔公司的工程师们曾以该项技术作为基础，在距电源3 英尺(约1 米左右)的 地方点让一个60 瓦的灯泡发光，并且保持了75%的高能量传输效率。英特尔

电磁感应式无线充电核心技术

在本文中将探讨目前在电磁感应式无线充电系统中三大核心技术：谐振控制、高效能功率传输以及数据传输，以及它们面临的难题与现有的解决方法。 谐振控制 现今量产的IC制程已经进步到纳米层级，但量产电容、电感组件的规格却很难作到误差在百分之一以下，而在电磁感应式电力系统中的系利用两个线圈感应，而线圈即为电感，在线圈上需要搭配电容作为谐振匹配，这样的构造即同LC振荡装置，较为不同的是在这系统中的目的是为了要在线圈上传输功率，为了提高效率需要在电容、电感选用低阻抗零件使质量因子Q提高，在这样的设计下其谐振曲线的斜率变的非常的大，在量产中系统设计频率与电容、电感搭配变的非常困难，因为先前提到电容、电感存在相当的误差，在量产中这样的误差若是没有在系统中加入谐振控制修正误差因素，则成品良率难以控制。在电容、电感误差下会搭配出偏移原设计谐振点组合，导致发射功率与设计预定值有所偏差。参考图(一)所示，在电磁感应电力系统中发设端的线圈上讯号振幅大小即为输出功率的大小，在这个示意图中表示一组线圈与电容组合的谐振曲线;在曲线上横轴为操作的频率，在不同的工作频率下于线圈上有不同大小的振幅输出，而最大振幅的谐振电将出现在频率F=1/(2π√(LC))之上，在设计上并不会将系统设定在最高功率输出的谐振点上，而是会工作在比谐振点高一些的频率使输出功率维持在适当值，在系统中我们通常称这个频率为中心工作频率。在感应供电过程中可能会需要加大或降低输出功率，这时只要调整工作频率就可以完成。如图(一) 所示，在需要加功率时需要降低些频率使其靠近谐振点，用以提高输出功率，反之要降低输出功率只要提高频率即可完成，在此将这个方式定义为变频式功率调整。 图(一)变频式功率调整 另外一个改变输出功率的方式为改变发射端上的驱动电压，参考图(二)所示，在同一线圈与电容的谐振组合中，当于驱动发射线圈上的开关电压大小即直接改变的输出功率的大小，在此将这个方式定义为变压式功率调整。

简易无线充电装置的理论分析

简易无线充电装置的理论分析 摘要： 随着无线传输技术的进一步发展，无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无线电话等部分家电产品中实用化，扔掉电源线，给自己的智能手机进行无线充电也已经成为现实。本文通过对无线输电的原理进行学习，探究现有各种无线输电方案的优劣，以及其应用于智能手机无线充电的发展前景,学习无线充电的行业标准。 关键词：无线充电原理装置 正文： 一、无线输电发展历史 以无线的方式传输电能，其实是一项非常古老的技术，它可以追溯到人类开始拥有电力的19 世纪。当时对于电力的传送有两种思路，一种是以爱迪生为代表的有线派，即架设线缆用于电力的远距离传输，这种方案成熟可靠，缺点是工程量巨大，并且成本高昂。还有一种就是尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla，世界上第一台交流电发电机的发明者)在19 世纪末提出的无线传输方式，特斯拉当时构想通过电磁感应的方式，让电能以大地和天空电离层为介质进行低损耗的传送。这项实验据说获得成功，但是因政治和经济因素被中止。无线传输技术后来只是被用于电信号发送领域，也就是信息的交流，远距离能量传输从来都没有进入实用化，虽然它在物理学上是完全可行的。 直到一百年后的今天，这种局面才获得改变。在电动牙刷、剃须刀等不少低功率的日用家电产品中，我们看到了非接触式无线充电技术的应用，给用户带来相当的便利。随着无源式RFID 电子标签的实用化和无线网络技术的大发展，诸如隔空点亮灯泡的无线供电实验也屡见报端，这一切都点亮了人们对“无线”未来生活的无限憧憬，科学界也不遗余力地朝着这个方向努力。 2001 年 5 月，国际无线电力传输技术会议在印度洋上的法属留尼汪岛(Reunion Island,France)召开，法国国家科学研究中心的皮格努莱特(G. Pignolet)作了一个公开实验：他

无线充电原理图文详解

无线充电原理图文详解 支持无线充电的智能手机从2011年夏季前后开始上市。任何厂商的任何机型均可使用的“Qi”规格将成为全球标准。停车即可充电的EV（电动汽车）用充电系统也在推进研发。 无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无线等部分家电产品中实用化，现在其应用围又扩大到了智能手机领域。 NTT DoCoMo在2011年夏季以后陆续上市了多款支持无线充电的智能手机和充电座。这些手机无需在手机上插上充电线缆，只需放置在充电座上即可为电池充电。今后NTT DoCoMo 将在电影院、餐厅、酒店、机场休息室等公共场所设置充电座，便于用户在外出时使用。 软银移动也预定2012年1月上市支持无线充电的智能手机。KDDI正在开发车载式智能手机的无线充电座。 未来无线充电的应用围将有望扩大到EV的充电系统。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”，以松下、

国三星电子、英国索尼爱立信、芬兰诺基亚、电装为首，许多国家的家电厂商和汽车厂商都相继加盟了WPC。 无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。 19世纪发现的物理现象 电磁感应方式采用了19世纪上半期发现的物理现象。众所周知，电流流过线圈时，周围会产生磁场。1820年，丹麦物理学家汉斯·奥斯特（Hans Oersted）发现了这种电磁效应。

用没有通电的其他线圈接近该磁场，线圈中就会产生电流，由此点亮灯泡。1831年，英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发现了这个可从线圈向线圈供电的物理现象，并称之为电磁感应现象。

无线充电各种原理和方案的比较

无线充电各种原理和方案的比较 无线充电技术，即Wireless charging technology，是指具有电池的装置不需要借助于电导线，利用电磁波感应原理或者其他相关的交流感应技术，在 发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的 一项技术，源于无线电力输送技术。 无线充电技术的研究，源于19 世纪30 年代，迈克尔-法拉第发现电磁感应现象，即磁通量变化产生感应电动势，从而在电线中产生电流。但最早的无 线电力传输思想是尼古拉-特斯拉（Nikola Tesla）在19 世纪90 年代提出的无线电力传输构想和无线输电试验，因而有人称之为无线电能传输之父。 技术原理 从具体的技术原理及解决方案来说，目前无线充电技术主要有电磁感应式、磁共振式、无线电波式、电场耦合式四种基本方式。这几种技术分别适用 于近程、中短程与远程电力传送。 各种无线充电方式都有各自的特点，具体比较如表1 所示。 表1 无线充电各种原理方案的比较 当前最成熟、最普遍的是电磁感应式。其根本原理是利用电磁感应原理，类似于变压器，在发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交 流电，由于电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移 到接收端，如磁共振式也称为近场谐振式，由能量发送装置，和能量接收装置 组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就 可以交换彼此的能量，其原理与声音的共振原理相同，排列在磁场中的相同振 动频率的线圈，可从一个向另一个供电，如无线电波式，基本原理类似于早期 使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成。典型的是20

电磁场理论在无线充电技术中的应用完整版

电磁场理论在无线充电技术中的应用 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

2014050203023 孙文昊电磁场理论在无线充电技术中的应用 绪论 无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域及电动汽车和列车领域。未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA等电器放在桌上就能够立即供电。本文详细介绍了四种主要的无线充电技术，即电磁感应式充电、磁共振式充电、无线电波式充电和电场耦合式充电。 0.引言 近年来，智能手机相关的技术日益成熟，其所带来的科技成就也不断地引人注目。扔掉电源线，给自己的智能手机进行无线充电，这对于许多人来说可能有点天方夜谭。但事实上，无线充电技术其实很久以前就出现了，不过经过近几年的发展，现在才变得成熟好用，并很快就要进入大规模的商用化时代，这项不为大众所熟悉的技术，正悄然来到我们的面前。 1.无线充电技术分类 所谓无线充电技术（Wirelesschargingtechnology），顾名思义，是通过空气向电子设备传送能量来达到充电的目的。无线充电技术可以分为四种类型。第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输，它的特点是传输距离短、使用位置相对固定，但是能量效率高、技术简单，很适合作为无线充电技术使用。第二类是将电能以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁共振”等形式传输，它具有较高的效率和非常好的灵活性，是目前业内的开

发重点。第三类是将电能以微波的形式无线传送——发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用，虽然这种方式能效很低，但使用最为方便，英特尔是这项方案的支持者。第四类则是“电场耦合”的方式，它具有体积小、发热量小和高效率的优势，缺点在于开发和支持者较少，不利于普及。 （1）电磁感应方式：利用两个平行排列的线圈间因电磁感应而 产生感应电流的原理来供电的方式 （2）磁共振方式：其原理与电磁感应方式相同，利用磁共振 方式进行的非接触式供电 1.1电磁感应式充电 各类无线充电技术，大多是采用电磁感应技术，我们可以将这项技术看作是分离式的变压器。法拉第电磁感应定律即感应电动势与穿过回路所围面积的磁通量的时间变化率成正比，其数学表达式为 我们知道，现在广泛应用的变压器由一个磁芯和二个线圈(初级线圈、次级线圈)组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。根据电磁感应定律可以得到 其中111,,L i u 是初级线圈两端的电压，流经的电流和自感，222,,L i u 是次级线圈两端的电压，流经的电流和自感，M 是初级线圈和次级线圈之间的互感。工作在正弦稳态条件下的耦合

电场耦合式无线供电系统：实现轻松无线充电

电场耦合式无线供电系统：实现轻松无线充电 技术与“电磁感应方式”及“磁场共振方式”不同，通过对置送电侧电极与受电侧电极，利用两电极间产生的感应电场来供电，具有抗水平错位能力较强的特点。村田制作所已试制完成了为平板终端、电子书终端等便携终端进行无线供电的供电台。在本文中，村田制作所的新业务负责人和商品策划人员将对该公司的战略和技术详情进行介绍。 在众多企业对无线传输电力的无线供电技术展开研发的背景下，村田制作所将着眼点放在了被称为“电场耦合方式”的技术上。以前村田制作所也开发过“电磁感应方式”的无线供电技术，但2008年前后决定改为推进电场耦合方式。 电场耦合方式的构造简单，只要是在供电台规定的充电区域内，无论将产品放在什么位置都可供电，可实现“位置自由（Free Positioning）”的供电。另外，由于可将电极减薄，因此具有容易嵌入产品等其他方式所没有的特点。 村田制作所用了大约3年的时间提高了技术的完成度，并构筑了以基本专利为中心的专利网。目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台。 村田制作所计划2011年秋季面向平板终端的无线供电装置量产输出功率为10W的送电模块及受电模块。与此同时，为了扩大电场耦合方式的应用，还开始进行标准化工作。 本文将以技术方面的内容及特点为核心，详细介绍电场耦合方式。 在业内为少数派 无线供电方式因利用的原理不同而有数种方式（图1）。在无线供电技术中研发历史较长的是电磁感应方式。在电动牙刷及无线电话等领域已有采用的业绩。电磁感应方式方面，目前已成立了开展标准化作业的业界团体“Wireless Power Consortium（WPC）”，制定完成了面向5W以下设备的标准规格。

电磁感应式无线充电核心技术(二)-数据传输

电磁感应式无线充电核心技术(二):数据传输 前面我们讲解到了电磁感应式无线充电核心技术(一):谐振控制，下面我们将继续探讨电磁感应式无线充电核心技术的数据传输部分。 数据传输在电磁感应式电力系统中最重要的技术问题就是必需要能识别放置于发射线圈上的物体，感应电力就与烹调用的电磁炉一样会发射强大的电磁波能量，若直接将此能量打在金属上则会发热造成危险;为解决此问题各厂商发展可识别目标之技术，经过几年的发展确认藉由受电端接收线圈反馈讯号由供电端发射线圈接收讯号为最好的解决方式，为完成在感应线圈上数据传输的功能为系统中最重要的核心技术。在传送电力之感应线圈上要稳定传送数据非常困难，主要载波是用在大功率的电力传输，其会受到在电源使用中的各种干扰状况，另外先前也提到这是一个变频式的控制系统，所以主载波工作频率也不会固定。因为困难所以先前厂商推出的技术有除了感应线圈供应电力外，另外在建立一个无线通信频道，例如红外线、蓝芽、RFID标签、WiFi等，但外加这些模块已经违背的成本原则，这个产品为充电器，成本一定要控制的相当低才可被市场所接受，所以利用感应线圈本身作数据传输为业界必采用的方式。 利用感应电力之线圈进行数据传输会遇到两个问题，就是如何发送数据与如何接收数据，原理同RFID的数据传输方式，供电端线圈上发送主载波打到受电端线圈上，再由受电端电路上控制负载变化来进行反馈，在现行的感应电力设计中为单向传输，也就是电力能量(LC振荡主载波)由供电端发送到受电端，而受电端反馈资料码到供电端，而受电端收到供电端的能量只有强弱之分没有内含通讯成份，这个数据码传送的机制也只有受电端靠近后收到电力能量才能反馈，在供电端未提供能量的状况下并无法进行数据码传送，乍看来只是半套的通讯机制在感应电力系统中却非常实用，因为满足了系统所需要的功能：供电端辨识受电端后开启发送能量进行电力传输，受电端传回电力状况由供电端进行调整。 参考图(六)中qi规格书中受电端接收电力与数据反馈架构，其中可以看到有两种设计架构，分别是电阻式与电容式两种。电阻式调制反馈讯号的方式源自被动式RFID技术，利用接收线圈阻抗切换反馈讯号到发射线圈进行读取，运用在感应式电力上由美国ACCESS

无线充电之电磁感应原理

无线充电原理详解 支持无线充电的智能手机从2011年夏季前后开始上市。任何厂商的任何机型均可使用的“Qi”规格将成为全球标准。停车即可充电的EV（电动汽车）用充电系统也在推进研发。 无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无线电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域。 未来无线充电的应用范围将有望扩大到EV的充电系统。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”，以松下、韩国三星电子、英国索尼爱立信、芬兰诺基亚、电装为首，许多国家的家电厂商和汽车厂商都相继加盟了WPC。

无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。 19世纪发现的物理现象 电磁感应方式采用了19世纪上半期发现的物理现象。众所周知，电流流过线圈时，周围会产生磁场。1820年，丹麦物理学家汉斯·奥斯特（Hans Oersted）发现了这种电磁效应。

用没有通电的其他线圈接近该磁场，线圈中就会产生电流，由此点亮灯泡。1831年，英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发现了这个可从线圈向线圈供电的物理现象，并称之为电磁感应现象。

无线充电使用的充电座和终端分别内置了线圈，使二者靠近便开始从充电座向终端供电。为提高供电效率，需要使线圈之间的位置对齐，不产生偏移。因此，各厂商在位置定位方法方面纷纷开动脑筋。 从事智能手机外设业务的日本Oar公司于2011年8月推出了名为“无线充电板”的充电座。内置有磁铁，用于将终端吸引到指定位置。 松下于2011年6月投放了无线充电座“无接点充电板”。尺寸约为鼠标垫大小，表示实现了“位置自由（Free Positioning）”，将终端放在充电板上的任何位置均可充电。 充电座内部的线圈带有驱动装置，可在平面中移动。通过自动检测终端放置位置，并移动至该位置，使线圈的位置相一致。 该充电座的开发人员、松下集团三洋电机能源设备公司（SANYO Electric Energy Devices Company）充电系统事业部长佐野正人就位置自由实现实用化的理由解释说，“用户希望能更便利地充电”。 日立麦克赛尔于2011年4月面向美国苹果的人气智能手机“iPhone”上市了无线充电器“AIR VOLTAGE”。由于iPhone不支持无线充电，所以需要套上内置有线圈的专用外壳才能使用。 电场耦合方式不使用线圈 另外，麦克赛尔的充电座有为一部终端充电和为两部终端充电的款式。两部款的尺寸为鼠标垫大小，可在左右各放置一部终端。内部排列了14个线圈，左右各7个，用这些线圈覆盖了充电座的广大范围。由此，终端可以比较自由地放置在充电座上。在7个线圈中可最多自动选择3个能高效传输的线圈来供电。 日立麦克赛尔2011年11月还面向“iPad2”上市了无线充电器“AIR VOLTAGEfor iPad2”。该充电器未采用Qi规格，而是全球首次采用了“电场耦合方式”。 电场耦合方式不使用线圈，而是在供电侧和受电侧设置电极，利用二者之间产生的电场供电。为iPad2套上内置有受电用电极的专用外壳来充电。 电场耦合方式的特点是，输出功率比Qi大，即使电极之间的位置稍有偏移也可维持高传输效率。模块由村田制作所开发。