松耦合無線充電方案詳解

無線充電的愿景，是無論何時何地，無需配對或兼容的插座或線纜就可對電子設(shè)備進(jìn)行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應(yīng)無線充電技術(shù)在這方面有很大局限性：它要求必須將設(shè)備置于充電墊上并對準(zhǔn)精確的位置，其充電范圍有限且不能同時為多個設(shè)備充電。此外，金屬的干擾對該技術(shù)非常致命，因為緊耦合技術(shù)采用100kHz~200 kHz的頻率范圍，而金屬在此范圍有最高的熱感應(yīng)，因此在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無法使用緊耦合方案進(jìn)行無線充電，否則將構(gòu)成安全隱患。

與緊耦合技術(shù)相比，松耦合的限制少了許多。無線充電三大聯(lián)盟分別是：無線充電聯(lián)盟WPC(Wireless Power Consortium)/Qi、電力事業(yè)聯(lián)盟PMA(Power Matters Alliance)以及無線電力聯(lián)盟A4WP(Alliance for Wireless Power)。其中，Qi和PMA采用磁感應(yīng)技術(shù)，而A4WP采用的是非接觸式充電的磁共振技術(shù)，即基于松耦合的無線充電技術(shù)，其自有品牌為Rezence，它采用6.78 MHz頻率，不僅克服了緊耦合技術(shù)的諸多局限性，而且通過使用現(xiàn)有藍(lán)牙智能技術(shù)，最大限度地降低對制造商的硬件要求。

近年來，無線通信市場發(fā)展日新月異，各種新興的電子產(chǎn)品層出不窮，不斷方便我們的日常生活。作為全球領(lǐng)先的高性能、高能效半導(dǎo)體方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體憑借廣博的技術(shù)專長及微型化封裝優(yōu)勢，以智能手機、逾1,000萬像素的高分辨率拍照、大功率要求、快速充電及無線充電、LTE等領(lǐng)域為通信市場增長動力，為智能手機、平板電腦、可穿戴設(shè)備等無線及便攜式應(yīng)用提供寬廣陣容的產(chǎn)品及方案，包括用于拍照模塊的圖像傳感器、自動對焦和光學(xué)影像穩(wěn)定方案、電源和電池管理(包括智能有線及無線充電)、RF調(diào)諧、ESD保護、共模濾波器、EEPROM等等，持續(xù)推動無線及便攜市場的高能效創(chuàng)新。

無線充電市場趨勢

對于所有需要電池的便攜式產(chǎn)品，無線充電無疑是一大令人興奮的新技術(shù)，可以擺脫充電器和線纜的束縛，隨時隨地進(jìn)行充電。

早期的手機有線充電器規(guī)格為5 V/1 A，隨著智能手機、平板電腦的興起，以及這類便攜產(chǎn)品更快的應(yīng)用程序處理器、更快的無線上網(wǎng)速度、更大的屏幕及更大容量電池的發(fā)展趨勢，充電器也逐漸演進(jìn)至3種充電方案：1)智能充電器，規(guī)格為5-12 V/1-4 A，能效視乎智能手機廠商與墻插式適配器制造商的設(shè)計。2)移動電源On-the-Go(OTG)或一般稱為充電寶，能效視乎設(shè)計。3)無線充電。

無線充電技術(shù)于2015年開始加速發(fā)展，當(dāng)前已有智能手機廠商為手機添加無線充電模塊，以增強其產(chǎn)品競爭優(yōu)勢，但只限于第一代的緊耦合技術(shù)。無線充電除了緊耦合方案，還有松耦合，以及兼容緊耦合和松耦合的多模方案。

無線充電的愿景，是無論何時何地，無需配對或兼容的插座和線纜就可對電子設(shè)備進(jìn)行充電。然而，第一代緊耦合或磁感應(yīng)無線充電技術(shù)在實現(xiàn)此一愿景方面有很大局限性：必須將設(shè)備置于充電墊上并對準(zhǔn)精確的位置，其充電范圍有限且不能同時為多個設(shè)備充電，也不能在金屬附近使用。緊耦合技術(shù)采用100至200kHz的頻率范圍，而金屬在此范圍有最高的熱感應(yīng)，所以在有硬幣或鑰匙等金屬物體附近無法使用緊耦合方案進(jìn)行無線充電，否則將構(gòu)成安全隱患。

基于松耦合或磁共振或品牌稱為Rezence的下一代的無線充電技術(shù)是基于空間自由的概念，擴展無線電源應(yīng)用“超越充電墊”和配件市場至幾乎任一移動電子設(shè)備或表面，采用6.78 MHz頻率，不僅克服上述緊耦合技術(shù)的局限性，而且通過使用現(xiàn)有藍(lán)牙智能技術(shù)，最大限度地降低對制造商的硬件要求，也令將來實現(xiàn)智能充電區(qū)成為可能，使得無論是在家里還是在公共場所，都可將多臺無線及便攜設(shè)備自由地放置到任意表面隨時隨地進(jìn)行充電，從而形成無線充電生態(tài)圈。這是因為在這些表面下安裝有無線功率發(fā)射器，電力傳輸會根據(jù)發(fā)射器功率級別(Class)和相應(yīng)的接收器功率類別(Category)及需要充電的設(shè)備數(shù)量而進(jìn)行。例如，級別為3的發(fā)射器可傳輸16 W的功率，而智能手機的接收器類別為3即6.5 W，那么它可同時為2臺智能手機充電。由于能同時為多個不同功率要求的設(shè)備充電，松耦合無線充電技術(shù)將是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。

圖1. 松耦合比較緊耦合

今年6月，電力事業(yè)聯(lián)盟(PMA)和無線電力聯(lián)盟Alliance for Wireless Power(A4WP)合并，合并后的聯(lián)盟最近正式宣布更名為AirFuel Alliance，將致力整合緊耦合和基于Rezence的松耦合技術(shù)，開始是實現(xiàn)多模無線充電，即磁感應(yīng)和磁共振并存一段時間，但最終會朝向松耦合發(fā)展，并預(yù)計會成為無線充電的標(biāo)準(zhǔn)，也會為世界大部分的市場所采納。AirFuel Alliance擁有全球科技品牌、供應(yīng)鏈和市場領(lǐng)導(dǎo)者組成的超過195家公司成員，如高通、三星、聯(lián)想及安森美半導(dǎo)體等，且其在產(chǎn)業(yè)的勢頭還在迅猛擴增。值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的應(yīng)用產(chǎn)品部執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理高騰博(Bob KIosterboer)代表公司出任董事會。

標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一是無線充電得以大量普及的重要因素。AirFuel Alliance已發(fā)布Rezence基本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(BSS) 1.2.1標(biāo)準(zhǔn)，并與中國通訊標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CCSA)、日本橫須賀研究園寬帶無線論壇(BWF)和韓國電訊技術(shù)協(xié)會(TTA)簽署了合作協(xié)議，旨在采納該最新標(biāo)準(zhǔn)作為各自獨立管理的國家無線電力傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)元素。此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)也已發(fā)布包含Rezence無線充電標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙低能耗(BLE)配置檔。美國已通過首個松耦合無線充電的發(fā)射器，預(yù)計采用松耦合的終端電子設(shè)備將于今年底或2016年初面世。相信配置發(fā)射器和接收器的基礎(chǔ)設(shè)施就緒，松耦合的發(fā)展指日可待。