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近场/远距无线充电技能大改造 不止于脱节线缆这么简略

近场/远距无线充电技术大革新 不止于摆脱线缆这么简单-2015年6月无线电源联盟 A4WP)和电力事业联盟 PMA)合并,组成AirFuel联盟。这一合并之举加速了未来消费者无论到何处,设备充电将具有

  便携设备无线充电的优势远远不止于脱节线缆的捆绑。智能型手机制造商早在2013年就开端在其智能型手机中整合无线充电功用。未来,举动设备的无线充电功用有望像Wi-Fi和蓝牙相同遍及。

  2015年6月无线电源联盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)和电力作业联盟(Power Matters Alliance, PMA)兼并,组成AirFuel联盟(AirFuel Alliance)。这一兼并之举加快了未来顾客无论到何处,设备充电将具有互操作性、便利性的愿景完成。

  近场感应充电

  尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)最早在19世纪80年代证明了近场或磁共振充电,透过振动磁场传递能量(图1)。

  

  图一磁共振示意图

  从发射器传递到接纳器的电流和电压有必要是沟通电。充任发射器的充电垫从墙上插座中罗致电力,将沟通电网电压进行降压并转化为直流,为发射器的驱动器和控制器电路供给偏置。驱动器和控制器发生开关信号,并可调理开关频率,将直流电再变为沟通电,输入到初级侧线圈。

  在接纳器侧,沟通电经过整流后,透过同步转化进行调理,用于对电池充电。依据接纳器所需的功率巨细,线圈中的频率发生变化。通讯信号迭加在功率信号上,所以两者均知道设备现已放在了充电垫上。感应充电功率较高,但关于线圈是否对准十分灵敏。需求将耦合线圈调理到稍微违背谐振频率,以优化功率传输(图2)。

  

  图2 近场感应充电体系

  无线充电联盟(Wireless Power Consortium, WPC)拟定的Qi是现在干流的近场无线充电标准之一,该共同体包含200多家公司。AirFuel近间隔磁感应(Inductive)是另一种标准。Powermat是桥接技能的很好比如,该技能供给通用环,合作充电垫运用,为便携设备充电。

  近场共振充电

  共振充电是另一种近场充电方式,与电磁场作业原理相同,但需求共振器前端(图3)。该标准由AirFuel Resonant主导,答应发射器和接纳器之间的间隔较短。单个6.78MHz发射器可支撑多个接纳器,无需什物对准。但是,接纳器和发射器之间要求严厉的频率匹配,从而在特定线圈尺度下最大程度地延伸功率传输间隔。跟着衔接设备数量增多和间隔延伸,传输功率下降。发射器和每个接纳器之间,需求具有独立的双向信道,一般是由蓝牙来担任这项使命。

  

  图3 近场共振充电体系

  表1为Qi、AirFuel Inductive及AirFuel Resonant三种近场充电标准比较表。值得留意的是,无论是电磁感应仍是共振充电,发射器和接纳器之间都有必要保持在最短间隔以上。

  

  表1 近场充电标准比较

  由于存在两种标准,通用轿车(GM)宣告其轿车将一起支撑AirFuel Inductive和Qi标准。三星(Samsung)也决议其手机将支撑两种标准。

  远距充电体系

  相较于近场充电体系,远距充电体系将能量从功率集线器传递至特定设备的办法更为多元,蓝牙、Wi-Fi、超音波和红外线等都曾被试用过(图4)。

  

  图4 远距共振充电体系

  依据射频(RF)的体系如WattUp、Cota,均运用一个或多个天线播送能量并进行通讯。2015年10月,力拱WattUp的Energous公司宣告可供给首款射频功率接纳器%&&&&&%,该组件可将射频整流为直流信号,让可携式设备也能支撑WattUp充电技能。

  另一种依据射频技能的Cota无线充电技能,实际上是运用现有的Wi-Fi和蓝牙天线来完成数据通讯和接纳无线功率,然后将这些微信号挹注到电池的充电电流。值得一提的是,Cota会将接受电力的设备数据,包含电池充电特征数据传输回电源路由器,待两头树立起继续的通讯链路后,再由电源路由器向接纳器地点的方位发射能量束。

  以uBeam为代表的超音波体系中,路由器中的信号发生器担任发生电信号,发送到扩大器。然后将经过扩大的信号衔接至转化器,发生超音波,经过聚集并发送到接纳器。受电端内建的压电转化器在接纳到超音波所施加的压力后,便会发生充电电流。体系两边运用的转化器有必要具有高功率,并且能接受大能量信号(图5)。

  

  图5 压电转化器

  另一家新创公司Wi-Charge则专心于将红外线转化为电力。发射端透过雷射二极管向接纳器精确地射出红外线光束,接纳器中的太阳能电池则担任将红外线光转化回电能。该公司于2015年2月在旧金山进行了体系功用展现,证明其概念可行。红外线技能尽管有必要在视野范围内才干运作,但具有无电磁搅扰(EMI)辐射这项显着优势。表2为各公司远距充电技能比较示例。

  

  表2 远距充电办法示例

  无线充电体系实作应留意六大要点

  相较于有线充电,无线充电体系在先天上有许多变数,在实作时应特别留意。

  .移动性

  在无线充电体系的实作中,定位和盯梢多个移动接纳器的才干至关重要。近场充电中发射器和接纳器的相对方位不变,但在远场充电中用户或许不断移动。用户应能随意移动而不会丢掉信号。

  .安全性

  射频安全性取决于在不危害人类健康的前提下,人体能够接受的照耀量,一般是以吸收率(SAR)用来界说这个极限值。消费类产品的安全性要求其实适当严厉,由于它关乎能否让顾客树立安全感,不能只以经过安全标准为方针来规划。

  至于超音波的安全性,或许也是顾客十分关怀的问题,究竟顾客关于充溢射线的空间,心理上或许多少会有排挤,并且超音波有或许会影响动物。在动物也感知不到的高频段上供给无线充电,或许是此一问题的解决办法。

  .体系搅扰

  无线充电体系依据高频率开关信号,有必要具有猜测噪讯来历的才干,包含充电体系自身的噪讯和体系外部的噪讯。

  .本钱

  在本钱方面,需求考虑的两项要素是电源本钱和传输功率。美国每年的电池运用量高达29亿颗,若无线充电遍及,将具有防止数百万颗电池被投入废物掩埋场的潜力。

  .如何为彻底没电的设备进行无线充电?

  无线充电器能够对电力彻底耗尽的设备进行充电吗?对规划人员来说,这是个有必要审慎考虑的问题。对近场充电体系来说,要为电力彻底用完的接纳设备充电不成问题,但远场充电体系的接纳侧有必要在控制电路上电的情况下,才干衔接到电源路由器。

  .生态体系和基础设施

  移动设备从不断电的希望是能够完成的,但要完成这个方针,生态系中的各方有必要严密协作(图6)。

  

  图6 无线充电生态体系

  依据调研组织IHS在2014年的材料,70%的顾客每天至少为一个设备充电一次。设备不只应该支撑无线充电技能,并且应该有满足的热门供其充电。一旦基础设施布置到位,其遍及将会瓜熟蒂落。从Nikola Tesla初次传输电力至今现已超越100年,但咱们仍然远远未开释能量转化的悉数潜力。咱们的电子设备要变得更聪明,才干自行充电。

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