PTU/PRU芯片出笼磁共振无线充电扩展应用版图
在无线充电联盟(WPC)与无线电力联盟(A4WP)竞相投入磁共振技术后，半导体商也陆续发布用于该技术电力发射单元(PTU)与电力接收单元(PRU)的相关晶片方案，可望加速磁共振无线充电进驻智慧型手机、笔记型电脑、无线滑鼠、显示器等中功率应用产品。
加速物联网成形无线充电潜力无穷
随着人们生活越来越依赖可携式电子产品，电池续航力成为一大困扰，当电量用尽时，须要寻找配对的插座并使用随身携带的原厂或相容的充电器为其充电。为解决此一困扰，持续演进的工业标准无线充电技术逐渐兴起，符合规范标准的无线充电技术方便人们随时随地为各类可携式电子设备充电，而毋须麻烦的寻找有线连接插座和适配器。
无线充电技术于2015年开始加速发展，智慧型手机和平板电脑无疑是这一应用的领先促成者。目前各大智慧型手机厂商已纷纷于手机添加无线充电模组，以增强其产品竞争优势。无线充电也是实现物联网(IoT)的重要组成部分。物联网是指将各应用领域的终端设备如感测设备、移动终端、智慧型交通系统、工业系统、安全防卫系统、智慧型楼宇系统、农业系统等通过通讯网络连接起来进行资讯交换，实现高效、安全、可靠地互连互通，建构一个强大的全连接世界。
其中，汽车(包括先进驾驶辅助系统ADAS、感测器、照明、车联网应用)、智慧型楼宇(包括照明、计量仪、监控、温控、防火控烟、家电)、移动医疗(包括助听器、病人监护、药物输送、植体)及无线应用(包括智慧型手机、无线充电及可穿戴设备)为物联网的四大重点领域，基于云端计算，通过综合自动化系统、优化的资源消耗、基于感测器的决策分析及活动跟踪定位，完成自动化控制和资讯分析。
克服原有局限磁共振可望实现智慧充电
无线充电的愿景，是无论何时何地，无需配对或相容的插座和线缆就可对电子设备进行充电。而第一代紧耦合或磁感应无线充电技术在实现此一愿景方面有很大局限性：必须将设备置于充电垫上并对准精确的位置，其充电范围有限且不能同时为多个设备充电，也不能在金属附近使用。
紧耦合技术采用100k～200kHz的频率范围，而金属在此范围有最高的热感应(图1)，所以在有硬币或钥匙等金属物体附近无法使用紧耦合方案进行无线充电，否则将构成安全隐患。而松耦合技术采用6.78MHz频率，在该频率下金属热感应很低，允许无线充电继续进行。
图1 无线充电频率
基于空间自由概念，以松耦合或磁共振为发展的下一代无线充电技术，不仅克服上述磁感应技术局限性，且透过使用现有蓝牙智慧型技术，对制造商硬体要求降至最低，也令将来实现智慧型充电区成为可能(图2)。
图2 磁共振vs.磁感应
磁共振技术前景可期
目前市场上有三大组织--无线充电协会(WPC)、电力事业联盟(PMA)和无线电力联盟(A4WP)，皆积极致力于统一无线充电标准。PMA已于2015年6月与A4WP合并，将致力整合磁感应和基于Rezence的磁共振技术。自此，A4WP/PMA拥有全球科技品牌、供应链和市场领导者组成的超过一百七十家公司成员，如高通、三星、联想及安森美半导体等，其产业声势还在迅猛扩增。WPC也开始进军磁共振技术并向下相容当前Qi标准。磁共振技术已于2014年底/2015年初开始被采用，预计到2017年将取代磁感应技术成为主流无线充电技术。
A4WP已发布Rezence基本系统标准(BSS)1.2.1标准，并与中国通讯标准化协会(CCSA)、
日本横须贺研究园宽频无线论坛(BWF)和韩国电讯技术协会(TTA)签署合作协议，旨在采纳该最新标准作为各自独立管理的国家无线电力传输技术标准元素。此外，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)也已经发布包含A4WP无线充电标准的蓝牙低功耗(BLE)配置档。因此由市场的多方态势来看，磁共振无线充电技术前景可期。
PTU/PRU为A4WP系统主要架构
A4WP系统架构主要由电力发射单元(PTU)和电力接收单元(PRU)两大模组组成，PTU和PRU 通过蓝牙智慧或蓝牙低功耗协议以 2.4GHz频率互相通讯。通讯后完成连接，然后电力将在6.78MHz的频率下从PTU传输到PRU。在PRU或PTU的两侧需要一个蓝牙低功耗晶片、一个控制器以及电源转换和调节器。
PTU通过功率放大管控制由TX共振器传输的电力。功率放大管须要根据单个PTU上同时出现的PRU数量控制不同的传输功率。PRU接收该电力作为交流讯号，需要整流电路将其转换为直流，然后调节这直流讯号用之为电池充电(图3)。
图3 A4WP系统方块图
A4WP将涵盖各种功率的可携式设备，从低功率蓝牙耳机到更高功率的笔记型电脑、无线滑鼠、键盘和显示器等。在BSS 1.2.1版中，允许单个PTU提供多个设备达22瓦(W)的电力输出，PRU则定义为两个等级(Class)，包含3.5～6.5W，可用于功能手机或智慧型手机。该版本将继续扩展功率范围，将来输出功率可延伸高达50W。
磁共振无线充电方案纷出笼
业界从2013年陆续开发一系列产品和方案以支援磁共振无线充电应用，包括用于智慧型手机PRU的双输入电池充电器、应用处理器、功率调节和转换器、整流器、功率放大管、射频(RF)调谐模组，以及为近场通讯(NFC)功能而备的滤波器等。
为实现A4WP无线充电低能耗，以安森美半导体为例，该公司推出电源管理晶片(PMIC)--NCP17xx，整合数位类比转换器(ADC)、电池充电器、DC-DC转换器/低压降稳压器(LDO)及过压/过流/过温保护(OVP/OCP/OTP)并提供I2C介面。该系列元件通过降低轻载切换频率，将动态切换损耗降至最低，提供可编程频率和自适应偏移闸极驱动器，提升轻载效能；透过时脉控制技术优化且用于数位模组的时脉分频，具有更低瞬态电流；降低单晶片能耗和输入电流，并通过启动蓝牙提升效能；频率抖动抑制功能将适用于大功率应用(图4)。
图4 业界为A4WP系统提供的元件(深色方框)
为使应用中所有晶片组/电源管理单元能支援无线充电，该公司也开发出2:1电源多路切换开关--NCP3901，采用小型CSP封装(1.6×2.4mm)，提供50毫欧电源通道，支援OTG反向充电，并整合背对背(Back to Back)保护、100伏特(V)高压冲击保护及28V直流保护功能。在全桥整流器方面，目前业界提供萧特基二极体NSR1030QMU和NSR2030QMU的样品，关键功能包括：具超低正向导通压降Vf，采用DFN封装适用于空间受限的产品应用(图5)。
图5 半导体厂商DSN2萧特基二极体系列
由于无线充电未有统一标准，因此有些半导体商也提供同时支援Qi标准和PMA标准的MOSFET，如用于发射端DC-AC电源转换的全/半桥整流器NTTFS4C10N和NTTFS4C08N、用于接收端AC-DC电源转换的全桥整流器NMLU1210、用于电源开关实现USB/无线切换的NTLUS3A18PZ(单P沟道，采用UDFN封装)及用于保护的NTLUD3A50PZ(双P沟道，采用UDFN 封装)等，这些元件采用低导通电阻和小型封装，提供较佳散热性能，系统效能高，适用于空间受限的应用(表1)。
此外，针对目前市场上符合Qi标准的应用，业界也提供电流检测放大器--NCS214，该元件静态电流65微安培( μA)，单位增益频宽(GBW)14kHz，增益误差0.2%，共模抑制比(CMRR)140分贝，且通过AEC Q100一级认证。
无线充电市场拥有高度潜力，基于Rezence的磁共振技术将有望赢得大部分产品市占。而业界正积极配合市场趋势，不断开发高效能关键元件用于磁共振无线充电应用及解决方案，同时提供相容Qi标准的产品以满足市场需求。
Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances André Kurs,1* Aristeidis Karalis,2 Robert Moffatt,1 J. D. Joannopoulos,1 Peter Fisher,3Marin Solja?i?1 1Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA. 2Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA. 3Department of Physics and Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA. *To whom correspondence should be addressed. E-mail: akurs@https://www.doczj.com/doc/f2705616.html, Using self-resonant coils in a strongly coupled regime, we experimentally demonstrate efficient non-radiative power transfer over distances of up to eight times the radius of the coils. We demonstrate the ability to transfer 60W with approximately 40% efficiency over distances in excess of two meters. We present a quantitative model describing the power transfer which matches the experimental results to within 5%. We discuss practical applicability and suggest directions for further studies. At first glance, such power transfer is reminiscent of the usual magnetic induction (10); however, note that the usual non- resonant induction is very inefficient for mid-range applications. Overview of the formalism. Efficient mid-range power transfer occurs in particular regions of the parameter space describing resonant objects strongly coupled to one another. Using coupled-mode theory to describe this physical system (11), we obtain the following set of linear equations In the early 20th century, before the electrical-wire grid, Nikola Tesla (1) devoted much effort towards schemes to a&m(t)=(iωm-Γm)a m(t)+∑iκmn a n(t)+F m(t) n≠m (1) transport power wirelessly. However, typical embodiments (e.g. Tesla coils) involved undesirably large electric fields. During the past decade, society has witnessed a dramatic surge of use of autonomous electronic devices (laptops, cell- phones, robots, PDAs, etc.) As a consequence, interest in wireless power has re-emerged (2–4). Radiative transfer (5), while perfectly suitable for transferring information, poses a number of difficulties for power transfer applications: the efficiency of power transfer is very low if the radiation is omnidirectional, and requires an uninterrupted line of sight and sophisticated tracking mechanisms if radiation is unidirectional. A recent theoretical paper (6) presented a detailed analysis of the feasibility of using resonant objects coupled through the tails of their non-radiative fields for mid- range energy transfer (7). Intuitively, two resonant objects of the same resonant frequency tend to exchange energy efficiently, while interacting weakly with extraneous off- resonant objects. In systems of coupled resonances (e.g. acoustic, electro-magnetic, magnetic, nuclear, etc.), there is often a general “strongly coupled” regime of operation (8). If one can operate in that regime in a given system, the energy transfer is expected to be very efficient. Mid-range power transfer implemented this way can be nearly omnidirectional and efficient, irrespective of the geometry of the surrounding space, and with low interference and losses into environmental objects (6). Considerations above apply irrespective of the physical nature of the resonances. In the current work, we focus on one particular physical embodiment: magnetic resonances (9). Magnetic resonances are particularly suitable for everyday applications because most of the common materials do not interact with magnetic fields, so interactions with environmental objects are suppressed even further. We were able to identify the strongly coupled regime in the system of two coupled magnetic resonances, by exploring non-radiative (near-field) magnetic resonant induction at MHzfrequencies. where the indices denote the different resonant objects. The variables a m(t) are defined so that the energy contained in object m is |a m(t)|2, ωm is the resonant frequency of that isolated object, and Γm is its intrinsic decay rate (e.g. due to absorption and radiated losses), so that in this framework an uncoupled and undriven oscillator with parameters ω0 and Γ0 would evolve in time as exp(iω0t –Γ0t). The κmn= κnm are coupling coefficients between the resonant objects indicated by the subscripts, and F m(t) are driving terms. We limit the treatment to the case of two objects, denoted by source and device, such that the source (identified by the subscript S) is driven externally at a constant frequency, and the two objects have a coupling coefficient κ. Work is extracted from the device (subscript D) by means of a load (subscript W) which acts as a circuit resistance connected to the device, and has the effect of contributing an additional term ΓW to the unloaded device object's decay rate ΓD. The overall decay rate at the device is therefore Γ'D= ΓD+ ΓW. The work extracted is determined by the power dissipated in the load, i.e. 2ΓW|a D(t)|2. Maximizing the efficiency η of the transfer with respect to the loading ΓW, given Eq. 1, is equivalent to solving an impedance matching problem. One finds that the scheme works best when the source and the device are resonant, in which case the efficiency is The efficiency is maximized when ΓW/ΓD= (1 + κ2/ΓSΓD)1/2. It is easy to show that the key to efficient energy transfer is to have κ2/ΓSΓD> 1. This is commonly referred to as the strong coupling regime. Resonance plays an essential role in this
关于无线充电技术方案实现的几点建议 一般见到的无线充电，运用的是电流磁效应和电磁感应的原理。1819 年，丹麦科学家厄斯特观察到一段导线上如果通有电流，四周将会产生磁场，可以让指北针偏转。后人则进一步发现，将导线围成环状，甚至绕成线圈，产生的磁场将会更强、更集中，这称为电流磁效应。 至于电磁感应，则是在1831 年由法拉第发现的。让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈，线圈上就会产生感应电流，称为电磁感应。值得注意的是，电磁感应的成立要点是磁场要有变化，例如磁铁愈来愈靠近(愈来愈远离其实也可以)。外加磁场若是一直保持不变，是不会有感应电流的。 总而言之，电流磁效应就是电流的流动在四周产生磁场，电磁感应则是不断变化的外加磁场使线圈产生感应电流。 利用电磁感应来充电 这两种物理现象同时运用，就可以进行无线充电。目前的无线充电设备，都包含一个充电座，里面其实正是线圈。将充电座接到家用插头后，线圈周围会因为电流磁效应而产生磁场。要充电的电子产品，里面也都有一个线圈，当它靠近充电座时，充电座的磁场将透过电磁感应，在电子产品的线圈上产生感应电流。感应电流导引到电池，就完成了充电座和电子产品间的无线充电。 你可能会问，磁场不是要改变才能有电磁感应吗?可是充电座与充电的对象距离却始终保持不变，这样为何会有电磁感应呢?原来，家用插座中流出的电是交流电，也就是说电流的方向不断的交替变化，一会儿顺着流，一会儿反着流。正因为如此，充电座线圈产生的磁场随之不断在变换方向，并非保持不变，符合电磁感应的要件。 近来愈来愈多智慧型手机、平板电脑开始提供无线充电的功能，但是不幸的是，它们充电
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f2705616.html, 基于磁共振的无线能量传输充电技术的探索作者：林盛徐放高庆忠张杰 来源：《科技资讯》2015年第11期 摘要：磁共振无线能量传输充电技术是一种不借助线路，依托磁场共振为设备原理的高 效充电的技术。磁共振方式由高频电源，发射谐振器，接收谐振器和负载组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个固有的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。但是由于应用环境的复杂多变，通过对耦合模型的分析，在保证发射端参数不变的前提下有半径对于接受端的影响是最大的，它能够最直接的影响传输效率。 关键词：WPT 磁共振传输功率固有频率 中图分类号：TM724 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0042-01 无线电能传输WPT是不借助任何接触类的电器元件是电源和设备之间完成电能传输的方式。已知的无线电能传输技术，根据实现的方式和原理又可分为感应耦合式传输、电磁共振耦合式传输、无线电射频传输、微波传输和激光传输等。2007年7月6日，MIT的助理教授Marin Soljacic[1]领导的6人小组正式在科学杂志上发表了他们关于磁共振无线电能传输技术方面研究的文献，并且成功利用该成果点亮了2m外功率60w的灯泡，传输功率达到了40%。共振的优势在于可延长传输距离，该技术可望在电动汽车、工业机器人、航空航天、军事、无线传感器网络等领域大力发展。 1 基本原理 电磁共振的磁场强（近场）无线能量传输是多个学科交叉技术，其工作原理和传输的频段物理模型介于无线电波传输理论和传统电路模型之间，通过了解无线充能的这种基本原理和模型构造方便我们深入的进行探索。 一个电感和一个电容可以构成一个LC谐振电路，当电感或者电容的能量被激活的情况下，在不考虑能损的理想情况下，电能会周期连贯的以电感中的磁场和电容中的电场为媒介储存，这样能量周期交替储存过程在电路理论中被称为谐振。这个震荡电路电感附近的磁场在这样周期性储能变化中会产生一种交变磁场。当选取两个谐振器当发射端和接收端并调节震荡频率一致时，发射端一侧的谐振器磁场激发，磁场中的部分磁力线会在另一侧谐振器的电感线圈中交联，谐振电路电感激发的磁场是一个交变磁场，又电磁感应原理交变磁场的磁力线的交联部分通过另一侧谐振器电感线圈时，变化的磁场会产生电场。两个谐振器的谐振频率且相同，交变磁场产生的电场会储存于另一侧的谐振器电容中。这样一个过程让发射端的谐振电路中 的能量传输到了接收端一侧。 2 电路分析
中功率及磁共振无线充电发展加温。WPC、A4WP、PMA三大无线充电标准阵营，皆已计划在今年发布充电功率达15～30瓦的无线充电新规格，并加紧投入磁共振技术研究，可望提升无线充电效率，并突破目前磁感应技术距离受限的桎梏。 中功率与磁共振无线充电行情看俏。为了让小型电子产品以外的装置亦能享有无线充电功能，三大无线充电技术标准阵营正殚精竭虑发展中高功率无线充电标准，期能夺得市场先机；其中，又以电力事业联盟(PMA)动态最受瞩目。 随着无线充电技术朝中功率及磁共振方向演进，无线充电联盟(WPC)运行频段干扰问题已逐渐浮上台面，成为其日后发展的隐忧；反观PMA在与无线电力联盟(A4WP)结盟后，已同时握有磁共振及磁感应技术，加上其未来更拟采用传输距离更远的无线区域网路(Wi-Fi)做为通讯机制，因而更加受到市场瞩目。 兼具磁共振/磁感应技术PMA壮大无线充电势力 图1UL检测事业部亚太区事业发展经理陈立闵认为，PMA已同时握有成熟的磁感应和磁共振技术，可望成为三大联盟中的最后赢家。 UL检测事业部亚太区事业发展经理陈立闵(图1)表示，若以消费者体验做为最终考量，无线充电势必走向磁共振应用方案，因此原本专注于磁感应技术的WPC及PMA已积极研拟相关标准；不过，WPC选错频段的结果可能使其最终错失市场商机。 陈立闵分析，WPC的Qi标准运行于110k?205kHz，与多种应用频段重叠，为了避免日后严重的频率干扰问题，及为往后的中高功率磁共振技术发展铺路，WPC正在讨论更换运行频段及通讯协定(Protocol)的可能性，不过一旦更动运行频段及晶片通讯协定，新旧晶片方案间的相容性将成一大疑虑。 这项浩大工程不仅让WPC进退维谷，亦让内部成员及外界对WPC未来发展打上问号。另外，WPC成员中应用商少、晶片供应商多，比例失衡的结果，也让Qi的应用市场难以快速扩张，因此近来其会员增长的速度已愈来愈缓慢。 陈立闵表示，反观PMA，在2014年初已与A4WP签署合作协议；表面上看来是平等的合作关系，然事实上，A4WP之创始成员三星(Samsung)已将其无线充电技术捐赠予正积极发展磁共振技术的PMA，加上微软(Microsoft)、威瑞森(Verizon)等其他联盟的要角纷纷于近日宣布加入该阵营，让PMA气势如虹。 PMA因有美国联邦通讯委员会(FCC)的协助，一开始就选用了200M?400MHz的冷门频
针对新手一般会问的13个问题： 1> 无线充电到底是什么情况，怎么实现无线充电？ 2> 为什么需要无线充电？ 3> 是什么原理，什么技术？ 4> 无线充电效率可以达到多少，充电有多快，有没有辐射？ 5> 有什么要求，是否需要过什么标准或认证？ 6> 所有手机都能充吗，有哪些手机可以充？ 7> 无线充电器的构成？ 8> 无线充电器的成本和价格怎么样？ 9> 产业链情况，有哪些好一点的厂家？ 10>国内外发展情况怎么样？ 11>除了手机，还有哪些地方可以用起来？ 12>未来什么时候可以起来？ 13>有哪些机会点？ 1、无线充电到底是什么情况，怎么实现无线充电？ 无线充电是怎么回事，顾名思义就是充电不要插线。类似与WiFi一样，很方便。理论上可以随时随地给手机等电子设备供电。但无线充电暂时还不能像WiFi一样传输那么远的距离，现在成熟的方案只能在10mm以内的距离实现无线充电，一般为3~5mm左右的距离比较好，这类无线充电的技术采用的是磁感应无线充电技术。2015年估计还会有一些新的技术方案会量产，就是磁共振无线充电技术，预计在125px左右的范围可实现无线充电。随着 技术的成熟，预计在未来的2~3年，无线充电的充电距离可以达到10~750px左右，基本 可以满足随时随地自由不受束缚的充电需求。要实现无线充电需要一个发射端和一个接收端。发射端就是无线充电器，接收端就是手机等。在发射端有一个线圈，接收端也需要一个线圈。发射端通过控制板和线圈发射能量，接收端通过控制板和线圈接收能量，这样就可以实现无线充电。如下图的三星手机和自由充科技的无线充电移动电源充电情况，手机放在无线充电
无线充电技术介绍 支持无线充电的智能手机从2011年夏季前后开始上市。任何厂商的任何机型均可使用的“Qi”规格将成为全球标准。停车即可充电的EV（电动汽车）用充电系统也在推进研发。 无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无线电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域。 NTT DoCoMo在2011年夏季以后陆续上市了多款支持无线充电的智能手机和充电座。这些手机无需在手机上插上充电线缆，只需放臵在充电座上即可为电池充电。今后NTT DoCoMo将在电影院、餐厅、酒店、机场休息室等公共场所设臵充电座，便于用户在外出时使用。 软银移动也预定2012年1月上市支持无线充电的智能手机。KDDI正在开发车载式智能手机的无线充电座。 未来无线充电的应用范围将有望扩大到EV的充电系统。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”，以松下、韩国三星电子、英国索尼爱立信、芬兰诺基亚、电装为首，许多国家的家电厂商和汽车厂商都相继加盟了WPC。 无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。 19世纪发现的物理现象 电磁感应方式采用了19世纪上半期发现的物理现象。众所周知，电流流过线圈时，周围会产生磁场。1820年，丹麦物理学家汉斯〃奥斯特（Hans Oersted）
发现了这种电磁效应。 用没有通电的其他线圈接近该磁场，线圈中就会产生电流，由此点亮灯泡。1831年，英国物理学家迈克尔〃法拉第（Michael Faraday）发现了这个可从线圈向线圈供电的物理现象，并称之为电磁感应现象。 无线充电使用的充电座和终端分别内臵了线圈，使二者靠近便开始从充电座向
无线充电基础知识汇总（1-3部分） 【无线充电圈技术分析】 最近碰到很多朋友，想进入或投资无线充电，可以说是无线充电方面的小白，我反复给他们科普和解释了半天。 回来想想以后还会碰到很多类似的情况，干脆整理个文档，需要的发给他们自己回去好好看，力求简洁好懂和内容实在。 也顺便贴在“无线充电圈”平台共享给行业的朋友。 同时也申明一下，很多图片和数据来自网络，敬请谅解！ 新手一般会问的几个问题： 1> 无线充电到底是什么情况，怎么实现无线充电？ 2> 为什么需要无线充电？ 3> 是什么原理，什么技术？ 4> 无线充电效率可以达到多少，充电有多快，有没有辐射？ 5> 有什么要求，是否需要过什么标准或认证？ 6> 所有手机都能充吗，有哪些手机可以充？ 7> 无线充电器的构成？ 8> 无线充电器的成本和价格怎么样？
9> 产业链情况，有哪些好一点的厂家？ 10>国内外发展情况怎么样？ 11>除了手机，还有哪些地方可以用起来？ 12>未来什么时候可以起来？ 13>有哪些机会点？ 我根据这13个问题来一一解释。 一、无线充电到底是什么情况，怎么实现无线充电？ 无线充电是怎么回事，顾名思义就是充电不要插线。类似与WiFi一样，很方便。理论上可以随时随地给手机等电子设备供电。 但无线充电暂时还不能像WiFi一样传输那么远的距离，现在成熟的方案只能在10mm以内的距离实现无线充电，一般为3~5mm左右的距离比较好，这类无线充电的技术采用的是磁感应无线充电技术。 2014年估计还会有一些新的技术方案会推出来，就是磁共振无线充电技术，预计在5cm左右的范围可实现无线充电。 随着技术的成熟，预计在未来的2~3年，无线充电的充电距离可以达到10~30cm左右，基本可以满足随时随地自由不受束缚的充电需求。 要实现无线充电需要一个发射端和一个接收端。 发射端就是无线充电器，接收端就是手机等。在发射端有一个线圈，接收端也需要一个线圈。发射端通过控制板和线圈发射能量，接收端通过控制板和线圈接收能量，这样就可以实现无线充电。
IDT基于磁感应和磁共振技术的无线充电解决方案 对于消费类市场，磁感应(Magnetic Induction，简称MI)或磁共振(Magnetic Resonant，简称MR)都是备选方案。无论消费市场朝哪个方向发展，一个已知的事实是，无线充电必将得到采用。在手机提供商的主要推动下，无线充电将开始向手机生态系统市场渗透。拥有强大生态系统的计算领域将紧随其后，使无线充电技术的采用进入下一个增长阶段。之后，无线电源技术很有可能扩展到支持手机和计算解决方案的基础设施中。未来的架构和解决方案中怎样运用无线电源技术，上述应用将仅仅是一个开端。 就磁感应技术而言，主要有两个流行标准：无线充电联盟(Wireless Power Consortium，简称WPC)和电源事务联盟(Power Matters Alliance，简称PMA)。这两个标准都相当成熟，很多产品已经用在消费市场了。无线电源联盟(Alliance for Wireless Power，简称A4WP)是第一个基于磁共振技术的标准。这些标准和解决方案都引起了一些疑问，例如，无线电源技术将向哪个方向发展?采用哪些解决方案是最好的? 移动设备 便利性是促使消费移动解决方案最先采用无线技术的关键因素之一。手机、平板电脑、媒体播放器、移动电视等不同的移动设备需要不同接口连接器的各种适配器，这意味着为了给移动设备充电，人们需要携带
很多不同的连接器和适配器。拥有强大的支持性基础设施和生态系统的通用无线适配器，可以解决这些需求。在汽车、咖啡店、图书馆、餐馆、火车、飞机、办公室中提供无线充电，将满足人们所需的便利性。 图1：无线充电器系统：发送器和接收器方框图
基于磁共振的电子设备非接触式便捷充电系统的研究(Based on magnetic resonance of electronic equipment non-contact charging system research) 一、立项依据 (一）现状与背景分析 现状分析: 传统的供电方式需要导线将电源和设备连接起来，在户外及环境恶劣的场合，这种供电方式存在弊端，例如易受天气的影响、接触及碳积会引起火花等。而采用非接触的方式供电具有方便、安全、可靠等优点。非接触式电能传输不需要引线，在一些特殊场合得到了应用例如户外、水下、矿井、材料处理、生物医疗及移动负载等。例如，给一些封闭式的东西充电，由于不再好打开其封装，所以非接触式充电正好可以解决这个问题。 无线鼠标已经得到了广泛应用，但是其电池使用一直存在着问题。无论是干电池的不断更换还是充电电池的不断充电，都给用户带来了不便，很多人只是买来用了一阵后，因为电池问题又换回了有线鼠标。同时，电池的使用会造成很大的浪费，也给日益脆弱的环境造成了污染。 （二）学术价值： 目前在市面上比较常用的几种无线充电技术中，大约有四种，在目前使用的四种无线充电技术中，电感耦合在价值链中应用最为广泛，其它几种技术包括传导、近场磁阻技术和远场磁共振。我们在这里主要是针对有USB接口的电子设备实现基于磁共振的非接触式便捷充电的研究。 1、对磁共振无线充电技术进行深刻的实践。 2、利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。 3、在鼠标上做一个标准大小的USB端口，另外做一个有接受装置的USB插头，这样就能实现电能的无线传输了，类似的，插在电子设备USB接口的接收器能够将接收到传输过来的电荷，将电能作用于所接的负载，也能够实现普遍的电子设备的无线充电。 4、这一系统对处在充电场的人完全无害，因为电量只在以同一频率共振的线圈之间传输。如果在日常生活中各种电子设备里普及的话，会给人们的生活带来很多的便利。
无线电能传输中值得注意的 两个基本物理学问题 樊京1,2余发山3 张刚1 田子建4 刘军4 （1．南阳防爆电气研究所 南阳 473000 2.南阳理工学院 电子与电气工程学院 南阳473004 3.河南理工大学 电气工程与自动化学院 焦作 454003 4.中国矿业大学（北京） 机电学院信息工程研究所 北京 100083） 摘要：提出无线电能传输理论研究中应该重点关注的两个基本物理学问题：1)、麦克斯韦方程可能存在纵波解。2)、磁共振耦合能量隧穿时间问题。指出无线输电理论研究应该以经典麦克斯韦方程为基础，传统电路理论的研究结论不能够完全覆盖基于“场”的研究结论；从时间测量入手，初步证明磁共振耦合无线电能传输系统能量传输过程是一个量子隧穿过程。本文认为，电磁波传播过程的近场问题需要深入研究。作为理论应用的工程实例，本文提出了特斯拉全球无线输电可能的解决方案。 关键词：无线电能传输 麦克斯韦方程 磁共振耦合 量子隧穿 Two Fundamental Physics Issues Need Paying Great Attention in Wireless Power Transmission Fan Jing 1,2 Yu Fa-Shan3 Zhang-Gang1 Tian Zi-Jian 4 Liu Jun4 (1.Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute Nanyang 473000 China 2. Department of Electronics and Electrical Engineering, Nanyang Institute of Technology Nanyang 473004 China 3.School of Electrical Engineering and Automation Henan Polytechnic University Jiaozuo 454003 China 4. School of Mechanical Electronic & Information Engineeriing China University of Mining and Technology(Beijing) Beijing 100083 China) Abstract Two fundamental physics issues are proposed which should be paid great attention in the study of wireless power transmission theory.1.P-wave solutions of Maxwell equation may exist.2.Tunneling time of magnetic resonance coupling energy. This paper clarifies that wireless power transmission study should be based on classical Maxwell equation. Traditional conclusion of circuit theory study fails to cover the research findings based on “the field”. By adopting time measurement method, this paper proves that under magnetic resonance coupling the power 基金项目：国家自然科学基金（NO:U1261125/E0422）、河南省科技攻关计划（NO:122102210290）资助的课题．
ED2M-V1.0 用户手册
理论简介 使用磁场的强耦合共振机制，我们实现了无辐射无线电力传输，小功率负 载时传输距离达到了发射线圈半径的２０倍！后续我们将进一步研究这种系统 的实际应用和发展方向。 两个具有相同共振频率的共振物体能有效地交换能量，与此同时，非共振 时则较少消耗能量。在耦合共振系统（如声、电、磁、核）中，往往会有一个 强耦合机制。如果能在设计的系统中充分利用这种机制，能量转移预计将非常 有效。以这种方式进行的中距离能量传输几乎可以是全向的。环境物体的干涉 和能量损失均很小。 上述考虑适用于自然界各种共振现象。在这里，我们采用了磁场共振。由 于大多数普通的材料不与磁场相互作用，磁场共振特别适合日常应用。我们在 兆级频率实现非辐射近场的磁耦合机制。初看起来，这种能量转移使人想起了 通常的磁感应，但是，请大家注意，通常的电磁感应在中距离应用中效率极低。 上述特定区域有效的中距离能量传输发生在强耦合共振时。采用耦合模理 论CMT 来描述这一物理系统，得到线性方程组如下：
ＥＤ２Ｍ系统中核心部件为驱动模块－Ｄｒｉｖｅｒ，其功能为整个系统提供信号源，实现电能的转换并激励发射线圈Ａ，以满足共振线圈阵列的要求。为负载提供电能的Ｌｏａｄ由单铜环Ｂ和全波整流部分组成。 ＥＤ２Ｍ系统中另外四个组件——自共振线圈阵列，一个是源线圈阵列 S ，Ｔ，一个是受体线圈阵列 D ，Ｒ。其中源线圈被恒定频率驱动，两个设备间具有耦合系数 k 。能量被 D 接收后对负载做功。 源线圈阵列 S 通过电感耦合到信号发生电路；受体线圈通过电感耦合到负载。自共振线圈阵列依靠调节Ｓ和Ｔ，Ｄ和Ｒ之间的距离达到共振。 系统工作示意图 注： A 是半径６ｃｍ的单铜环，这是驱动电路的一部分。该驱动电路，输出正弦波。S 、Ｔ 和 D 、Ｒ 分别是独立的源和受体。 B 是带负载的铜环。S 和 D 在一条线上。
有关磁共振的方式无线充电的三个疑问 嘉兆科技 首先提出这种磁共鸣方式无线供电技术的是美国麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的研究员Marin Soljacic。笔者第一次采访Soljacic是在2007年2月。因为只是阅读论文很难相信“电力可以相隔数m或者更远的距离无线传输”。笔者说服觉得“通过电话或邮件交流就可以”的Soljacic，从美国西海岸赶往位于东海岸波斯顿的MIT，在两个小时内问了很多的问题。如此一来，笔者才真正相信“这是真的”。 采访的内容已经刊登在了2007年3月26日刊特辑“电源也将无线”之中。但碍于报道的版面，文中无暇谈及技术详情，很多地方没能尽述，令人颇感遗憾。 但不久后笔者听闻，在日本国内的技术人员之间，出现了对MIT技术的诸多误解、疑问乃至批判。虽说不太清楚原因，但多数误解似乎都与笔者没有尽述采访的内容有关，令笔者颇感遗憾，或者说是抱歉。再加上采访的内容只能以报道的形式公开，笔者虽然有意在日后将其写成报道，但时间一拖就过了5年。 这一次，笔者久违地得到了撰写无线供电特辑的机会，这是把积攒的采访内容和盘托出的绝佳机会。但又因为版面的问题，单是新的采访内容
就已经占尽了版面，除了部分内容之外，其他又只得再度尘封。所以在记者博客中，笔者将选取集中几项，汇总Soljacic当时的回答。 疑问1：频率只能是10MHz吗？ 首先，在日本技术人员的质疑中，第一个让笔者感到吃惊的便是“共振频率只能是10MHz吗？”。当然，在如今，这个疑问可以算“已经解决”了，但在2～3年之前，“技术人员之间还存在着不是10MHz不行的‘MIT魔咒’”（日本某大学的研究员）。 其实，笔者在当初的采访中也曾问过Soljacic“频率如何选择”。他的回答如下。 Soljacic：频率与系统尺寸和电力传输的可行距离密切相关。例如，作为传输介质使用的磁场在附近的扩散取决于该频率电磁波的波长，或者作为共振器的线圈的尺寸和形状。并不是因为共鸣式无线传输存在特定的频率和系统尺寸。换言之，只要适当调整频率和线圈的尺寸，电力传输的可行距离也可以大幅延长。假设频率在1MHz左右或以下，线圈直径大到6m，在附近的扩散就会达到数十m或更远，如果以电力打比方，恐怕可以传输到30m开外。相反的，如果希望缩小包含线圈在内的系统，那就需要把频率提高到10MHz以上。 如果当时把这些内容写入报道，恐怕就不会出现“MIT魔咒”的说法。但在最近采访日本国内的研究员时，对方曾经表示，就算Soljacic的话在数学上是成立的，也不代表所有假设都能实现。理由是随着频率的改
蕊磁RiCharge磁共振隔空无线充电技术原理 一、先了解一下目前最新的两大无线充电联盟： WPC和Airfuel 联盟。 WPC成立于2008 年，是Qi 标准的创立者。WPC 联盟成员一直致力于开发一种全球统一的无线充电技术标准。联盟管理成员包括LG、高通、三星、TI、东芝等等。 Airfuel 联盟是个全球性生态系统，是PMA 联盟和A4WP 联盟（Alliance for Wireless Power）在2015 年 6 月合并的结果。联盟成员包括AT&T、英特尔、安森美、Powermat、斯普奥汀、三星和WiTricity。 目前，在市面上商业化落地，大众接触较多的主流的无线充电标准有：WPC（即Qi）标准、Airfuel标准。 二、实现无线充电技术主要通过四种方式： 电磁感应式、磁场共振式、无线电波式、电场耦合式。（下图时代久远，部分信息已经缺乏即时性了） 三、磁场共振式技术： 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。该实验中使用的线圈直径达到50cm，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也
会下降。 相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。 四、蕊磁磁共振无线充电技术原理 基于磁共振技术斯普奥汀自主研发出了“蕊磁”技术，其技术原理：采用的是airfuel 联盟标准6.78MHz的频率作为主频。发射端在充/供电时会产生一个高频振动磁场，当蕊磁接收端进入该磁场范围内便会与发射端一起产生同频共振耦合，从而将发射端的电能以无线的方式传递到接收端，为设备隔空无线充电/供电。目前蕊磁技术商业落地是从消费级电子产品入手，其可实现真正的同时一充多，且自由度极高，可根据不同的垂直距离可以适配最佳的充电效率，同一水平面效率均等。
阅读下文，完成下面小题。 无线充电黑科技：磁共振技术 ①继共享单车后，共享充电宝成为又一个备受资本追捧的“风口”。中国科学院深圳先进技术院数字所的无线充电创新团队，他们正研发一种高效率的无线充电“黑科技”，目前，团队已完成了磁场共振耦合关键技术和设备的研发，制作出无线充电系统原型。只需要把物品靠近磁共振线圈，就能实现“隔空充电”。 ②用磁共振技术实现无线充电，充电距离在半米以内都是有效的，充电效率非常高，在一个较近的距离，效率能达到90%以上，与有线充电的体验几乎一样。目前，他们做出的无线充电系统，实现了发射线圈10cm以内都是接收区。这意味着手机在此距离内可以随意“活动”，拿起、放下都没问题。用这种充电方式给手机充电和我们用充电线充电的功率相同。 ③目前为止，市面上常见的无线充电多采用“电磁感应耦合”方式，既接触式、感应式的充电方式。电动牙刷、Apple Watch以及最近新出的三星S8系列的无线充电功能都采用了这种方式。每次充电时，产品不需要通过一根电源线和电源相连。但“无线”也仅止于此，充电的底座需要插电，产品需要以小于5mm的距离准确贴合到充电板上的充电区域。而现在提供无线充电设备的公共区域并不多，这种形式也不利于个人携带，所以效率并不高。 ④用磁共振技术实现的无线充电，优点不仅仅在于改善了接触式充电不够称心如意的用户体验，它还可以实现多设备同时充电，且不
论手机还是其他设备外壳是金属还是玻璃材质，只要装备了接收线圈，都能充电。电路中6.78MHz的频率能避免干扰电子设备和人体辐射伤害。这种方式既能实现一定距离的无线充电，也有较高的充电效率，还不会浪费能量。 ⑤磁共振技术实现的无线充电还可以控制线圈的电磁场，根据产品能量的需要，把磁共振供应到需要的位置上；可以通过程序控制电路，降低多余的能量的发射功率，这样就不会导致能量的浪费。未来，一张桌子上平铺着线圈，在有效距离内任意拿起或放下手机都可以充电。出门不用担心没带充电宝，也不用担心手机没电借不出充电宝，我们只需要走进一个商场，一家饮品店，又或是一家饭馆，在时间间隙中就可以完成充电。这种场景，到2020年很有可能实现。 ⑥除了满足基本的应用场景为智能手环、智能手表、智能手机等充电，这项技术在细分领域也有许多应用场景，而且已有部分落到实处。团队与装饰公司合作，推出灯饰；和无人机公司合作，设计“工业级无人机的充电停机坪”解决方案，为轨道交通的巡检机器人设计充电解决方案。 ⑦现在无人机续航时间较短，工业级应用的巡航时间不会超过两个小时、如果它没电了，落在、悬在停机坪上充满电又能飞了。此外，消费级的机器人，比如家里的扫地机器人，给它设计好路线，完成指令后就到指定的地方去，就能充上电，可以继续工作了。接下来，科研人员将把发射线圈、电路集成芯片。未来的手机将会内置接收线圈和相应的芯片，实现大规模无线充电设备的互联互通，用以构建无线
关于无线充电的三大标准和四种实现方式的介绍 传统的充电方式需要使用线缆连接电路和终端设备，这在某种程度上限制了终端设备的设计，在安全性和灵活性上都做出了让步，如今无线充电技术使得终端设备和充电器等各个环节都摆脱了线路的限制，实现电器和电源完全分离，在如今科学技术飞速发展的今天，无线充电的技术已经开始在各领域中探索运用，显示出了广阔的发展前景，今天就来了解下无线充电的三大标准和四种实现方式。 主流的无线充电标准有：Qi标准、PMA标准、A4WP标准Qi标准：Qi标准是全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟(WPC，2008年成立)推出的无线充电标准，其采用了目前最为主流的电磁感应技术，具备兼容性以及通用性两大特点。只要是拥有Qi标识的产品，都可以用Qi无线充电器充电。2017年2月，苹果加入WPC。 PMA标准：PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。PMA也是采用电磁感应原理实现无线充电。目前已经有ATT、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟。 A4WP：Alliance for Wireless Power标准，2012年推出，目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。A4WP采用电磁共振原理来实现无线充电。 无线供电原理及实现方法无线充电利用电磁波感应原理进行充电，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。 2007年6月麻省理工学院以Marin Soljacic为首的研究团队首次演示了利用电磁感应原理的灯泡无线供电技术，他们可以在一米距离内无线给60瓦的灯泡提供电力，电能传输效率高达75%。 研究者由此设想电源可以在这范围内为电池进行无线充电，进而推想只需要安装一个电源，即可为整个屋里的用电器供电。传输线圈的工作频率在兆赫兹范围，接收线圈在非辐