随着智能家居时代的到来和无线充电技术的突破，配备无线充电功能的产品已经开始悄悄潜入我们的家庭。

长期以来，无线充电技术未能得到大面积普及，原因有二：一是无线充电效率低、充电速度慢，用户体验欠佳;二是无线充电虽然摆脱了充电线的限制，但用户仍需携带充电底座，略显鸡肋。

目前无线充电技术主要分为两大类：一类是磁感应式无无线充电，也就是传统的Qi标准;另一类则是磁共振式无线充电，也就是A4WP标准。前者频率低，一般是105-210Khz低频的电磁感应式无线充电，充电距离只允许5mm-7mm左右，Qi阵营做得好的可以做到12mm-15mm，能量转换效率高;后者是高频无线充电，发射端频率达到6.78Mhz，所以允许有较长的充电距离，但能量转换效率较低，目前支持手机磁共振无线充电方案的领导厂商主要是高通，允许的距离为2-3cm或者3-5cm(之所以设计为两个距离段版本，是因为在指定的距离不能放近，放近会烧)。磁共振可以实现隐藏式的无线充电，公共场所的桌子不用开孔，直接在桌子下面安装充电模块就可以，并且无需对位。

无线充电技术

无线充电是指不通过物理联接就能传送电能，实现为手机、MP3、蓝牙耳机等耗电量相对较小的电子产品充电的目的。当然，这是大家首先想到的应用手段，事实上，短距离无线充电还可以实现为低功耗无线传感器网络以及病人体内的医用植入设备进行充电。

目前，实现无线充电主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波、以及共振作用。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应，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，该解决方案提供商包括英国Splashpower、美国WildCharge和Fulton Innovation等公司。从Splashpower网站我们可以看到，该公司目前可以实现在一个充电垫上对一部数码相机和一部手机同时充电，但是该公司发言人也在近期表示，其首款带有Splashpower功能的消费类终端产品将不会于2008年下半年前面世。与之相比，Fulton公司的商业化表现更佳，已经宣布与摩托罗拉、家具制造商Herman Miller以及汽车部件制造商Visteon公司合作来推广其技术。事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在 2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。因此目前该领域供应商采取的措施，就是使产品尽早上市，成为该领域的“事实标准 ”，从而成为最终的事实标准。　 　

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。该领域的代表公司Powercast表示，其最终研制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，Powercast解决方案就可以将无线电波转化成直流电，在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。目前，该公司已经与菲利浦公司签署了合作协议。

另一种尚在研究中的技术是电磁共振。由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。因此，他们预计在未来几年内，最终开发出能够安全为笔记本电脑和其它设备的无线充电产品。

任何希望能够进行无线充电的设备，都需要内嵌接收器，这很可能会增加产品的成本和重量，并形成一个“鸡和蛋”的问题。此外，不同公司的充电器和被充电设备的不相容，也将成为无线充电技术的真正难题，从而减慢消费者的接受速度。简言之，短距离无线充电技术由于涉及到可能的射频泄漏、授权的无线电波频段、标准化、成本等问题，其大规模商用还尚需时日。但是不可否认，移动电子产品对低功耗的追求(比如MP3可以用不到30mA的电流工作)为无线充电产品提供了一个广阔的应用空间。而且考虑到Apple、Motorola、LG以及NTT DoCoMo等著名公司对无线充电技术的关注，相信不久之后，带有“支持无线充电”字样的数码产品就将成为市场的主流。

无线充电工作原理

无线充电是指利用电磁波感应原理进行充电的设备，原理类似于变压器。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。 

实现无线充电技术主要通过三种方式：电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。   

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钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应，事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。

2.磁场共振充电：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，是目前正在研究的一种技术，由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。

3.无线电波式充电：这是发展较为成熟的技术，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，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。此种方式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。

无线充电技术的发展历路

Pike Research预测，移动设备的数量将从2012年的374万部增长到2016年的276.3万部。智能手机制造商早在2013年就开始在其智能手机中集成无线充电功能。移动设备的无线充电功能有望像WiFi和蓝牙一样普及。

2015年6月，无线充电联盟(Alliance for Wireless Power,A4WP)和电源事务联盟(Power Matters Alliance，PMA)合并，组成AirFuel联盟(AirFuel Alliance)。这一合并举措加速了未来愿景的实现：消费者无论到何处，设备充电将具有互操作性和便利性。人们正在尝试各种不同的技术。

近场感应充电

尼古拉•特斯拉早在19世纪80年代证明了通过振荡磁场传递能量，从而可以通过近场或磁共振充电，如图1所示。

从发射器传递到接收器的电流和电压必须是交流的。通过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信号，并可调节开关频率，将直流电转变为交流电，输入到原边线圈。在接收器侧，对交流信号进行整流，然后通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。通信信号叠加在功率信号上，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。 近场感应充电系统如图2所示。

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。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6.78 MHz发射器可支持多个接收器，无需物理对准。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，传输功率将会下降。该标准要求发射器和每个接收器之间具有独立的双向通信通道(蓝牙)。

近场充电标准之一是无线充电共同体(Wireless Power Consortium，WPC)制定的Qi，该共同体包括200多家公司。AirFuel Inductive则是另一种标准，而Powermat是桥接技术的很好例子，该技术提供通用环，可以配合充电垫使用，为便携设备充电。由于存在两种标准，通用汽车(GM)公司宣布其汽车将同时支持AirFuel Inductive和Qi标准。三星公司也决定其手机将支持两种标准[2]。 近场充电标准相关技术指标比较如表1所示。

远场充电——系统概览

无论感应充电还是共振充电都对发射器和接收器之间的距离有要求。在远场充电中，能量需要从功率集线器传递至特定设备。蓝牙、WiFi、超声波和红外线等都曾经被探索使用过。

基于射频(RF)的系统(例如WattUpTM和CotaTM)使用一个或多个天线广播能量并进行通信。2015年10月，Energous公司宣布可提供首款射频功率接收器IC，该器件将射频整流为直流信号。该整合技术——CotaTM，实际上使用现有的WiFi和蓝牙天线实现数据通信和无线功率接收，然后将这些微信号增加到电池的充电电流。以无线方式将接收设备的应答以及特定电池充电特征数据传输回电源路由器。建立了持续链路后，电源路由器将向接收器位置发射能量束。

以uBeam为代表的超声系统中，路由器中的信号发生器产生电信号，发送到放大器。然后将经过放大的信号连接至变送器，产生超声波，经过聚焦并发送到接收器。超声波对压电传感器施加应力，从而产生充电电流，如图5所示。系统两侧使用的传感器需要支持高效率和高功率。

另一家创业公司，Wi-Charge，专注于将视线光转换为能量。发射器使用激光二极管向接收器准确传输红外束。然后接收器中的光伏电池将光转换回电能。该公司于2015年2月在旧金山对系统进行了功能演示[3]。红外技术的一项明显优势是无EMI辐射。

设计注意事项

1. 移动性

定位和跟踪多个移动接收器的能力对于无线充电至关重要。近场充电中，发射器和接收器的相对位置不变，而在远场充电中，用户可能不断移动。用户应该在不丢失信号的情况下漫游。

2. 安全性

射频(RF)安全性取决于在不损害人类健康的情况下可施加的照射量。吸收率(SAR)用来定义这些限值。消费类产品的安全性远比通过安全规范本身重要得多，它关乎建立消费者的安全感和信任，不容许一次差劲的用户体验。同时，超声的安全性可能是消费者非常关心的问题，他们会感觉房间内充满射线。一种担心是超声是否会影响动物。采用即使动物也不敏感的较高工作频率，可能会解决这一问题。

3. 系统干扰

无线充电系统基于高频开关信号，必须预测噪声源，包括充电系统的输入和输出侧。

4. 成本

需要考虑的两项成本因素是电源成本和传输效率。

5. 耗尽电池充电

无线充电器能够对完全耗尽的电池进行充电吗?远场充电系统面临着近场充电不存在的一个难题：接收侧的控制电路需要上电才能连接到电源路由器。

6. 生态系统和基础设施

移动设备从不断电的愿望是可以实现的，但成功之路要靠多种实体之间的协作来铺设。