無(wú)線(xiàn)充電原理分析

現在越來(lái)越多的移動(dòng)設備都支持無(wú)線(xiàn)充電了， 那么無(wú)線(xiàn)充電是什么？原理是什么？我們來(lái)看一下

無(wú)線(xiàn)充電

無(wú)線(xiàn)充電就是不需要像傳統充電器一樣經(jīng)過(guò)線(xiàn)纜傳輸電到設備里，只需要將設備和無(wú)線(xiàn)充電基座進(jìn)行接觸，就能進(jìn)行充電。因此無(wú)線(xiàn)充電也可以稱(chēng)作感應充電或非接觸式感應充電。

無(wú)線(xiàn)充電歷史

其實(shí)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)已經(jīng)存在了100多年了，但是直到被蘋(píng)果公司運用在iPhone8只有的機型上，這項技術(shù)真正進(jìn)入大眾眼中，也開(kāi)始迅速普及

早在1894年，尼古拉·特斯拉（這位兄弟非常牛，特斯拉汽車(chē)公司的命名也是為了紀念他）就展示了磁共振耦合（Magnetic Resonant Coupling），就是兩個(gè)電路之間產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)通過(guò)空氣傳輸電

直到1978年，美國發(fā)明家約翰·喬治·博格爾開(kāi)始嘗試給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。在那之后又有無(wú)數嘗試和發(fā)展，我們就看幾個(gè)：

2009年1月，WiPower公司制定磁共振標準“A4WP”，支持高達50W的功率傳輸，距離可達5厘米，功率傳輸頻率為6.78 MHz。2010年7月，無(wú)線(xiàn)電力聯(lián)盟（WPC）制定磁感應標準“Qi”。制定了5W或更小的移動(dòng)終端的標準2012年1月，IEEE發(fā)布根據IEEE標準協(xié)會(huì )（IEEE-SA）的PMA磁感應標準，行業(yè)組成電力事務(wù)聯(lián)盟（PMA）。該標準與Qi相似，主要建置一套安全，節能的感應電源標準，并進(jìn)行智能電源管理2015年9月，A4WP與PMA無(wú)線(xiàn)充電組織合并成AirFuel Alliance，推動(dòng)統一無(wú)線(xiàn)充電標準

直到現在，無(wú)線(xiàn)充電的標準只剩下兩個(gè)：

Wireless Power Consortium (WPC) 的 Qi標準AirFuel Alliance (AFA) 的 AirFuel Resonant（A4WP標準）和 AirFuel Inductive（PMA標準）

無(wú)線(xiàn)充電原理

我們來(lái)探究一下無(wú)線(xiàn)充電原理。

首先需要一點(diǎn)基礎物理，就是【電生磁，磁生電】，簡(jiǎn)單說(shuō)就是電和磁場(chǎng)在一定條件下其實(shí)是能夠互相轉換的。無(wú)線(xiàn)充電就是基于這樣一個(gè)理論來(lái)實(shí)現的，就是在無(wú)線(xiàn)充電基座（發(fā)射器）里將交流電轉成磁場(chǎng)輸出，而設備（接收器）再將磁轉成交流電給設備使用。這樣一個(gè)過(guò)程就實(shí)現了無(wú)線(xiàn)充電

前面時(shí)候說(shuō)到，在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域的主要三個(gè)組織：

擁有Qi標準的WPCPMA擁有Rezence（5cm）標準的A4WP后兩者因為有合作協(xié)議，所以實(shí)際上就是兩個(gè)組織了，WPC和AFA。其中WPC的Qi標準是基于電感式（Induction），而PMA研究方向也是電感式，至于A(yíng)4WP則是共振式（resonance）。

因此目前主流的無(wú)線(xiàn)充電方式有兩種：

強耦合電感式無(wú)線(xiàn)輸電（Tightly-coupled induction）：此種方式是基于法拉第電磁感應原理，特點(diǎn)是傳輸距離短弱耦合磁共振式無(wú)線(xiàn)輸電（Loosely-coupled resonance）：特點(diǎn)是傳輸距離遠、效率高、功率大，潛在的實(shí)用價(jià)值高。相比之下共振式充電能距離更遠，效率高，且能同時(shí)為多個(gè)設備充電。但是目前市面上主流的無(wú)線(xiàn)充電基座都是基于Qi標準的（包括給iPhone充電的）

強耦合的意思是，手機放到無(wú)線(xiàn)充電基座上一定要是正確的位置，幾乎是不能有過(guò)多的偏差，否則就不能充電；而弱耦合的意思是，你手機隨便放在無(wú)線(xiàn)充電基座上，根本不需要固定放到某個(gè)位置才能充電，只要隨便擺放在基座上就可以充電，這就是強弱耦合的差別。

至于電磁式（MCI-WPT）和磁共振式（MCR-WPT）差別是什么呢？主要區別在于一個(gè)是靠法拉第的電磁感應傳輸電能，一個(gè)是靠共振傳輸電能

電磁式是用基座電生磁，而手機上磁生電這樣一個(gè)過(guò)程共振式會(huì )讓發(fā)射裝置和接收裝置有相同的共振頻率，當產(chǎn)生共振就可以完成電能的傳輸。強磁耦合共振能使得磁場(chǎng)強度加強，電流幅值增大數倍，所以傳輸距離和效率都會(huì )比利用空心變壓器實(shí)現無(wú)線(xiàn)電能傳輸的電感式更好

小知識

拿iPhone為例，官方支持7.5W輸出（外面買(mǎi)的很多只支持5W），但是必須有QC3.0的充電頭，否則依然是輸出5W，不過(guò)5W比不上目前的快充技術(shù)，但是比USB（2.5W）充電快很多了

你可能也好奇過(guò)如果將手放在無(wú)線(xiàn)充電基座和手機之間會(huì )不會(huì )被電？哈哈，我試過(guò)，結果是不會(huì )的。其實(shí)交流電通過(guò)線(xiàn)圈生磁場(chǎng)，在空氣中是以磁的形式存在的，只有到手機的線(xiàn)圈上磁才會(huì )再次變成電，空氣中是沒(méi)有電的

我曾經(jīng)好奇過(guò)iPhone手機同時(shí)接著(zhù)充電線(xiàn)再放在無(wú)線(xiàn)充電基座上是不是能更快充電，當時(shí)感覺(jué)應該是沒(méi)有加快，但是并不確定，直到最近有在官方看到有說(shuō)連接充電線(xiàn)時(shí)，是不會(huì )進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電的..

在無(wú)線(xiàn)充電的時(shí)候，不要將銀行卡、身份證、護照等帶有磁性的物品夾在中間，你夾你的手沒(méi)事，夾這些東西可能就會(huì )導致這些東西消磁（上面也有說(shuō)在空氣中是存在磁場(chǎng)的）

總結

目前支持無(wú)線(xiàn)充電的產(chǎn)品非常多了，包括電動(dòng)牙刷、手機、手表、汽車(chē)等等，可以預見(jiàn)未來(lái)會(huì )有更多的設備支持無(wú)線(xiàn)充電，并且無(wú)線(xiàn)充電也會(huì )發(fā)展，不管最后是電磁式還是共振式，傳輸距離范圍只會(huì )越來(lái)越大，傳輸效率也會(huì )越來(lái)越高