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几种无线充电解决方案特点及原理图

发布时间:2020-05-13 发布时间:
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  无线充电技术发展至今在电子领域已经被深入研究应用,虽然还未曾大范围普及,但在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩。手机厂商也纷纷在自家旗舰机上加入这一革新性的先进充电技术,如三星S6、索尼Xperia Z3+、谷歌Nexus 6、诺基亚Lumia 930等手机均采用了无线充电技术。那么,未来无线充电技术发展会如何呢?现如今都有哪些常见的无线充电解决方案,下面让我们一起来了解下:

  一、无线充电联盟(WPC):电磁感应方式,2008年12月成立。

  

  目前WPC在商业推广中的QI标准目前已有172家会员公司:德州仪器(TI)、飞利浦、飞思卡尔(Freescale)、东芝(Toshiba) 、微软、松下、三星、索尼、高通(最后加入)等等。

  无线充电联盟(WPC)共同制定的无线充电标准Qi采用的是电磁感应方式。但这技术还有比较多的缺陷,比如最大输出功率只有5W,所以充电速度上会非常有局限。

  从市场规模上,Qi无疑是目前最为普及的,值得关注的是,Qi的最新标准可实现7至45毫米的无线充电距离,算是一个小小的突破。

  QI标注采用的电磁感应技术的优缺点:

  优点:原理简单,制作容易

  缺点:传输距离严重受限

  实例如下:

  1、德州仪器(TI):最早量产无线充电方案公司

  第一种:WPC主要会员之一的德州仪器(TI),已推出业界首款无线电源传输控制芯片套片。该套片包含一片bq500110单通道发射控制芯片,一片bq51013单通道接收控制芯片。TI是最早量产无线充电方案公司。

  

  第二种:

  1、15V 输入发射端:

  (1)功能描述:

  第二代数字无线电源控制发射端

  用于便携式设备如手机等的充电

  输入 5V 直流电,输出 10V 交流电

  可寻找将被供电的 WPC 兼容器件

  接收来自被供电器件数据包通信并管理电源传送

  (2)重要特征:

  动态电源限制 (DPL)

  符合无线电源联盟 (WPC) 类型 A5 和类型 A11 发送器规范的 5V 运行

  数字解调减少了组件

  综合充电状态模式和故障指示

  (3)功能框图:

  

  (4)方案照片:

  

  2、12V 输入发射端:

  (1)功能描述:

  TI 自由定位无线充电发送端

  应用在 WPC 1.1 可用的手机, 车载和桌面 充电

  三个线圈发送数组: 充电区域 > 70 mm×20mm

  12V DC 输入, 5V AC 输出

  智能控制无线电源传输

  (2)重要特征:

  符合无线供电联盟(WPC)A6 发送机技术规范

  外来物体检测

  增强型寄生金属检测确保安全性

  数字解调

  过流保护

  

  (3)功能框图:

  (4)方案照片:

  

  3、5V 输出接收端

  (1)功能描述:

  无线电源传输接收端

  提供 5V 稳压电源输出

  应用于便携式设备提供无线充电

  (2)重要特征:

  93% 的整体峰值 AC-DC 效率

  符合 WPC v1.1 标准的通信控制

  输出电压调节

  内部集成整流器 , 低压降压稳压器 , 数字控制

  热关断

  (3)功能框图:

  

  (4)方案照片:

  

  2、飞思卡尔(Freescale)高效定位无线充电方案

  5V 输入发射端:

  (1)功能描述:

  自由定位充电设备

  应用在 WPC Qi可用的手机, 车载和桌面充电

  提供准确、高效充电电流

  输入电压可调

  (2)重要特征:

  符合 WPC 规范

  采用 DSC 内核技术的软件平台,高效的 PID 控制环路

  输入电压范围 9~18 V

  (3)功能框图:

  

  (4)方案照片:

  

  3、东芝(Toshiba)简单快速无线充电方案

  5V 输出接收端:

  (1)功能描述:

  基于 TC7761WBG 的无线充电接收端

  应用于智能手机 , 平板电脑的电池块

  符合 WPC 1.1 协议

  (2)重要特征:

  全桥整流电路

  欠压锁定 / 过压保护

  最大输出电压 / 电流 : 5V/1A

  热关断检测和保护

  (3)功能框图:

  

  (4)方案照片:

  

  4、凌阳:凌阳无线充电芯片GPM8F3132A

  GPM8F3132A 凌阳公司摔出的首款无线充电芯片,采用LQFP44封装,最大功率达到75%,优越的性能和性价比,是目前最为通用的。

  二、A4WP(无线能源联盟):磁共振,2012年5月成立

  

  由三星与高通创立的A4WP(无线能源联盟)目前已有超过40个成员:三星、高通、博通、Gill Industries、Integrated Device Technology(IDT)、Intel等等。

  A4WP(无线能源联盟)的无线充电技术名为“Rezence”,采用磁共振(谐振感应,又名谐振耦合技术),虽然在一些电子消费展上偶尔露面,但仍未正式商用。

  A4WP采用的磁共振技术的优缺点:

  优点:传输距离长,效率高

  缺点:电路调频不易

  实例如下:

  1、Intel英特尔

  (1)2015 CES Asia英特尔与海尔合作 推无线充电方案。

  (2)在IDF 2015的第二日,英特尔提到了一个老生常谈的技术——无线充电,虽然这早已不是英特尔第一次发力该技术了,但与以往不同的是,本次英特尔宣布将会利用自家将于下半年发布的第六代酷睿处理器“Skylake”中集成的无线充电功能,像12年前利用迅驰平台推广无线上网技术一样,来推动无线充电的普及。

  2、IDT公司

  IDT公司 (Integrated Device Technology, Inc.)正致力于开发一款基于共振技术的集成发送器和接收器芯片组,用于英特尔的无线充电技术。英特尔公司借助IDT的领先技术,致力于提供针对超极本、一体机、智能手机和独立充电器开发的验证参考设计。

  3、美国Witricity公司

  美国Witricity公司同样利用磁共振传输电量,传输距离可达到几米远。麻省理工学院已经通过谐振感应技术,将无线充电的有效距离提升至两米左右,该技术被命名为“WiTricity”,研究人员之一此后离职创业,开发了一套系统,但售价较为昂贵,达到了995美元(约合人民币6240元)。

  三、PMA(电力联盟):电磁感应方式

  由Procter & Gamble与Powermat Technologies共同创立的PMA已有超过70家的会员:包含了不少通讯及手机制造商,如三星、Broadcom、宏达电、LG及华为等等。

  PMA(电力联盟)也是采用的电磁感应技术,比WPC要晚一些,PMA的产品虽然可以在市场中找到,但为数不多,最大的商业活动是获得星巴克支持,在国一些分店中推出了免费无线充电服务,但反响平平。另一方面它已经是北美地区覆盖速度最快的无线充电标准了,它的显著特征它更偏向于充电器件,像桌子、家具等等。

  值得注意的是:A4WP与PMA两大阵营还宣布正式合并,未来二者将致力于整合磁共振和磁感应两项技术,以早日促进无线充电标准统一。

  四、WiFi无线充电:十米距离

  优点:随走随充,符合无线充电的理念

  缺点:充电对象定位不易,浪费电量

  

  美国华盛顿大学已经成功研发了利用Wi-Fi网络给硬件设备充电的技术,已经在大约十米的Wi-Fi覆盖距离内,成功给数码相机等设备充满电。未来有望给手机充电。

  Wi-Fi网络几乎随处可见,美国华盛顿大学研发团队的目的,就是利用Wi-Fi路由器充当无线充电设备,给智能手机等设备进行充电。这将比目前的无线充电技术更能解决用户现实问题。

  该大学研发了一个所谓的“Wi-Fi供电系统”。该系统主要包括两个组成部分,一个是Wi-Fi接入点(路由器),另外一个部分是定制的充电传感器。

  该项目的研究人员唐拉(VamsiTalla)表示,安装在硬件设备上的充电传感器,目的是接收射频信号(RF)中的电能,并将其转化为直流电进行充电。

  该团队专门研发了软件的解决方案,可以让Wi-Fi路由器成为一个供电电源,与此同时扮演传统路由器的数据传输角色。

  需要指出的是,这种Wi-Fi充电技术,并不需要对传统的无线路由器进行更换,只需要部署软件等方案,提供充电功能之后,并不会对互联网接入的功能造成影响。

  根据美国记者的报道,此前美国Energous公司已经推出了一种利用射频信号在空中提供电能的设备,这种设备在提供充电时,将无法再充当Wi-Fi路由器使用。

  华盛顿大学的新技术,可以让Wi-Fi网络同时传输电能和数据。更准确的说,这种技术利用了Wi-Fi数据传输中的无线电波,来传输电能。

  据报道,华盛顿大学的研究团队,寻找到了巧妙的解决方案,让Wi-Fi网络的数据传输和电能传输,互相不干扰。

  “连线”网站评论指出,虽然目前的Wi-Fi充电技术,暂时还只能以“细水长流”而不是“如潮洪水”的方式给设备充电,但这仍然是一个了不起的成就。随着技术成熟,未来的手机和消费电子设备用户,或许可以将充电接口、充电线等概念遗忘,只需要利用Wi-Fi网络来充电。

  五、超声波无线充电:有效范围接近5米

  优点:技术非常安全 ;接收器价格便宜,体积小;可以用于数据传输。

  缺点:最终的产品可能无法在价格、功率、速度和安全方面达到预期。

  一家名叫uBeam的公司发明了一种全新的无线充电模式,可以利用超声波将电力隔空输送到15英尺(约合4.6米)外的地方。有了这样的产品,只要使用专用的无线充电套,你就可以在充电的同时拿着手机在屋里走动。

  此技术是一名25岁的纽约女孩Meredith Perry想到的。uBeam已获得170万美元的种子轮融资,其投资人包括Yahoo CEO Marissa Mayer、Founders Fund以及Andreessen Horowitz等。该公司已经申请了18项与无线充电和超声波有关的专利。

  

  六、微软拟利用聚焦光线来充电

  微软研究院已经制定出了一个潜在的解决方案:AutoCharge。微软研究人员们描述AutoCharge是一种自动定位桌子上的智能手机,并为它们充电的技术。他们制造的原型充电器可以被安装在天花板上,有两个工作 模块:一个监测模块,其采用的是微软的Kinect摄像头,可以扫描像智能手机样子的物体;另一个是充电模式,采用了UltraFire CREE XM-L T6来聚焦LED光线。

  

  该AutoCharge系统采用了基于图像处理来监测和追踪桌上的智能手机,并自动为智能手机充电。充电器会不断地旋转,直到它检测到一个看起来像智能手机的物体,之后将使用太阳能发电技术所产生的光束为智能手机远程充电。换句话说,就是无需电线。

  


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