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磁感应/磁共振规范并进 无线充电商用加快

无线充电应用产品将大量涌现。消费者对行动装置电池续航力的要求,促使无线充电技术快速演进,不仅磁感应标准与生态系统日益完备,且应用版图不断扩大。可实现更长充电距离的磁共振技术规范与解决方案近期也大有突破

无线充电运用产品将很多呈现。顾客对举动设备电池续航力的要求,促进无线充电技能快速演进,不只磁感应规范与生态体系日益齐备,且运用地图不断扩大。可完成更长充电间隔的磁共振技能规范与处理计划近期也大有打破,可望进一步延伸无线充电的商场触角。  

  在电子工业中,无线电源技能是显着生长的范畴,且强化林林总总的运用。无线充电数量生长动能,其一是来自顾客关于选用电池做为电源的可穿戴电子设备需求大增,另一则是充电的不方便当性。具有无线充电才干的可穿戴设备数量已大幅生长,且跟着这个生长趋势的继续,无线电源将成为日常日子及可穿戴设备运用习气中的一环。

  在消费商场中,鉴于开发规范、处理计划微型化、本钱下降一级考量,磁感应(MI)及磁共振(MR)两种技能成为具有主导地位的无线电源传送技能。

  因为有着较严密的磁耦合,磁感应现在可供给较高的电源传送、规划较简略,且具有较好的功率;至于磁共振则是能够供给较多的空间自由度、每一个发射板 (Transmitter Pad)可包容多个接纳设备,以及在近场金属物体上累积的热量较少。在磁感应范畴有两个盛行的规范:无线充电联盟(WPC)的「Qi」规范,以及电源业务联盟(PMA)的规范。关于如今以磁感应为根底的可穿戴设备规划人员而言,问题因此发生,也便是是否能够保证与「Qi」规范、「PMA」规范,或与两个规范的相容性。

  磁共振的规范首要由无线电力联盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)主导。与「Qi」规范或「PMA」规范相容的产品,现在已上架出售,而以A4WP为根底的产品则被预期要在2014年面世。

  本文旨在检视无线电源工业以及磁感应与磁共振技能的相关性;一起还会评论製造磁感应无线电源接纳器的晶片製造商,能够怎么帮忙磁感应技能战胜双重规范的问题。

  生态体系成形 无线充电商用加快

  在日常日子的许多方面,电源及材料的有线衔接不方便当性,已是无可防止。无线材料存取现已无所不在,可是相似的简略无线电源接取却仍不可得。外出时得随身带着粗笨的插头、电线及转接器,且须烦恼着找寻可用的公共电源插座,这种费事事总是再三重复。

  在树立遍及的无线电源生态体系后,举动电话将受惠最多,主因是举动电话有着大面积且高亮度的显示器、威力强壮的多中心处理器、各种内建无线功用、需求即时材料的运用程式,及新的生物辨认运用程式等,这些要素会导致手机在一天内须从头充电好几次。

  此外,顾客的需求倾向更轻及更薄的设备,但不幸的,锂离子电池的功率密度并没有对应添加。为回应顾客的需求,首要可穿戴设备製造商都已开端出货与「Qi」规范(现在最盛行的无线充电规范)相容的举动电话。举动电话营运商并鼓舞无线电源传送生态体系的建置,以让举动设备可到达随时随地充电,且能传输无线材料的意图(图1)。

  

  图1 无线充电将让举动电话等可穿戴设备的运用愈加便当,而且可减轻带着各种特定充电器与电线的不方便。 图片来历:Powermat

  只要将设备放在援助无线电源的设备上,即可进行无线充电,条件是发射板须能广泛设置,而这样的建置已然发生。

  现在在家庭及办公室中,现已有各种不同办法尺度的Qi与PMA发射板可供挑选。丰田(Toyota)与克莱斯勒(Chrysler)的新车种已供给Qi规范发射器的挑选,且未来还会有更多车款也会供给此功用;此外,许多售后商场(After Market)轿车处理计划也都面世。

  PMA正快速签署合作伙伴协议,这些合作伙伴发现在他们的餐厅、零售商场、旅馆,以及其他场所中建置无线电源生态体系与智能型网路,可藉此招引顾客,并或许构成别的一项收入来历。举例而言,星巴克的「Never Powerless」计画于2012年开端在麻萨诸塞州波士顿打开,并已开端在硅谷区域进行新的建置,中期计画则是仅在美国区域就要供给超越一百万个充电点。

  跟着发射器站生态体系与规范的树立,可援助多种无线电源规范的举动设备将受惠最多。IDT等公司所推出的类比与数位技能正快速开展,关于无线电源的需求也不断生长,这些在IMS Research的研究陈述中皆有着重,此陈述阐明在未来数年内,无线电源产品的出货量预期将会呈现爆炸性生长,至2016年将超越叁亿台,且于2018 年到达十亿台。这代表着2011年没有无线充电需求的商场,已成为一个显着生长的商场。

  磁感应与磁共振技能各有好坏

  磁感应技能(Qi与PMA)是首要在商场上呈现的技能,且在初期的无线电源商场上占有主导地位。相关于磁感应,磁共振(A4WP)具有一些实践优势,但一起也面对其他应战。

  相较于Qi规范在110-205kHz的规模中运作,A4WP规范则是有固定的运作频率6.78MHz,很显着的,透过法拉第的感应规律,能以较松懈的耦合要素(有着更多的方位弹性)进行更有用的电源传送。因为具有较高的频率及较高的线圈电压,因此能够运用较小且较薄的接纳线圈,能让组织规划更简略融入举动设备中。较高运作频率的别的一项优点,便是挨近发射板周围的金属异物内所累积的热量较少,此因有着较低的外表涡电流(Eddy Currents)所造成的,这也意味着设备内的寄生金属(像是电池)在充电时,是不太或许累积热量的。这种A4WP规范是运用频带外双向蓝牙低功耗 (BLE)信号,来交流与调停充电状态下设备的电源需求。

  相反的,Qi与PMA规范运用单向的负载调变(Load Modulation)办法在频段内进行通讯,并将电源调理消息传回至发射器。Qi规范的办法很简略且廉价,但受限于低通讯速率,因此仅能处理一个接纳器,且很简略遭到体系所发生的电磁波搅扰。

  磁共振技能的实施有应战,须针对群众商场进一步最佳化量产处理计划后,才干真实有用运作。这种磁共振接纳器是运用高Q值的电感%&&&&&%(LC)储能电路 (Tank Circuit),直接以共振频率来运作。其间的应战在于,怎么在不同的温度与电压之下,能继续将储能线路调整至固定的共振频率。当它漂移时,功率会下降。

  磁感应规范在履行上较简略,因其总是运作在比共振更高的频率上,所以并不需求高Q值的线路或是准确的被迫元件。然磁共振高Q值线路运用较准确元件,因此抵销掉运用较低线圈本钱的效益。无屏蔽的磁共振接纳线圈也较小,且运用比磁感应线圈较细的电线,因此要害元件本钱可更低。

  无线电源体系所发生的电磁辐射,将会是顾客的重视要点,但本文篇幅无法全面评论。就组织方面而言,磁感应是一个关闭的耦合体系,这意味着发射与接纳线圈是被直接放置在互相的顶端,如此方可促进磁感应的电源传送,故可直接在线圈的上方与下方运用铁芯来进行屏蔽(图2)。这些铁芯屏蔽以两种办法供给帮忙:首要,藉由让它们愈加接近,且线圈有着较佳的耦合情况后,来改进磁力线的循环活动,第二点则是这样的屏蔽可削减从体系所宣布电磁辐射的数量。

  

  图2 磁场大部分被包含在运用铁芯屏蔽的材猜中。 图片来历:TYLT

  [@B]战胜Qi/PMA相容应战 双模接纳器计划有谱[@C] 战胜Qi/PMA相容应战 双模接纳器计划有谱

  磁共振是一种松懈的耦合体系,这意味着接纳器可间隔发射器10公分远(图3),也因此,铁芯屏蔽将无法到达磁感应的优势。让辐射程度保持在安全规模内是技能开展的一部分,可进一步推进无线电源传送技能遍及。

  

  图3 磁共振的无线充电能够有着松懈的耦合以及空间自由度。

  有一个潜在的问题,在短期内将会按捺无线电源运用的敏捷添加,这些运用包含公共场所的无线电源充电板、热门桌、货台檯面,以及其他坐落机场、咖啡厅、娱乐场所等这些地点中的充电平面,这个问题便是现存两种磁感应规范–Qi与PMA规范的相互竞争。这两种规范都是可行的办法,且可供给牢靠的效能,因此这两种规范好像都或许被建置公共充电热门的场所运用。就理论上而言,这或许会导致手机具有者有必要去寻觅可与他们的手机相容的特定无线电源存取点。这一点将无疑地会令顾客感到波折,以及或许因此下降运用率。

  脱节充电线 无线充电技能加快遍及

  半导体业者在开发无线电源处理计划时,早已认知到此一问题,而且已开宣布可消弭发射规范的相容妨碍的无线电源接纳晶片,这种双模接纳器单晶片处理计划已能处理这个问题。这些处理计划能够让举动设备及周边的OEM业者将产品出售至更广阔的商场,且能藉由防止多种不同产品的需求,从而节约本钱。OEM厂商现在能够运用单一全体物料清单(BOM),以及透过运用单一的通用线路布局,来将运用产品的占板空间极小化。

无线电源是一种令人振奋的新技能,它让举动电话能够具有更长的开机时刻,这也就促进举动电话的立异。运用特定的充电转接器及费事的电线来为电池充电,已被证明是一种不方便,且或许是可穿戴通讯及运算开展中最软弱的

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