如何讓無線充電穩固便攜產品的世界
發布時間:2012-11-29 責任編輯:sherryyu
【導讀】經jing過guo數shu年nian的de推tui廣guang與yu演yan進jin後hou,無wu線xian充chong電dian技ji術shu開kai始shi受shou到dao各ge界jie矚zhu目mu。無wu線xian充chong電dian是shi指zhi具ju有you電dian池chi的de裝zhuang置zhi透tou過guo無wu線xian感gan應ying的de方fang式shi取qu得de電dian力li而er進jin行xing充chong電dian,其qi方fang便bian性xing可ke以yi讓rang消xiao費fei者zhe願yuan意yi支zhi付fu額e外wai的de費fei用yong購gou買mai無wu線xian充chong電dian相xiang關guan產chan品pin。因yin為wei有you商shang機ji,目mu前qian可ke知zhi非fei常chang多duo知zhi名ming品pin牌pai廠chang商shang已yi經jing將jiang無wu線xian充chong電dian這zhe個ge功gong能neng列lie入ru新xin一yi代dai的de產chan品pin的de規gui格ge之zhi一yi。
由於這產技術相當新穎且各廠商有自己對技術的表述,所以無線充電、感應式電力、非接觸充電、無接點充電都是泛指相同的技術,距離1mm到數公尺都是一樣是無線,供電端與受電端交互作用就稱感應,所以無線充電是廣義的名詞沒有一定的規格。
原理簡單,難於實踐
無線充電的方法目前唯一有機會量產商品化為線圈ganyingshi。xianquanganyingshideyuanlihenjiandan,shibainianqianjiubeifaxianwulixianxiang,danguoquchangjiuyilaizheyangdexianquanganyingzhiyunyongzairaoxianshidebianyaqizhong。zaixianjindeyingyongzhong,youyuzhuangzhibenshenxuyaoyouwaikebaozhuang,fasheduanjiashangjieshouduandewaikehouduzhishaocong3mm起算,早期電動牙刷產品開發時就發現當距離拉開後需要將線圈上的操作頻率提高才能讓電力能傳送的更遠;在電磁波中有一個特性,就是頻率越高的電磁波可以傳送比較長的距離後能量衰減較低。後來RFID應用開始發展,主要就規劃的三個頻段LF低頻(125~135KHz)、HF高頻(13、56MHz)、UHF超高頻(860~960MHz)可以使用,而這些頻段也造就了目前無線電力係統在設計之初頻率采用的參考點。這幾年來發展出新的技術可用較高的“共振”jieshouxiaolvyunzuofangshi,youyuzhegejishujiaoxinsuoyigejiedeshuofahenduo,dandoushiyouyigehenzhongyaodetexing,jiushijieshouxianquanshangdouhuiyoupeizhidianronglaigouchengyigejuyoupinlvtexingdejieshoutianxian,zaitedingdepinlvxiakeyidedaojiaodadegonglvyizhuan。zhebufenjiugenzaoqidedianciganyingbutong,dangjulilakaihouyiranjiukeyidedaolianghaodedianlichuansongxiaoguo。gongzhendeyuanlifeichangjiandan,jiugengangqintiaoyinshiyiyangfangbutongshuiliangdebolibei,zaijingzhundetiaoyinxiakeyijiangmougebolibeitouguogongzhenjiangqizhensui;但若是沒有經過專業鋼琴調音師訓練的一般人,可能永遠也調不出可以讓玻璃杯振碎的頻率!這就是原理簡單、難於實踐。

三大效能指針:效率、安全、功率
電動牙刷早在10年前就堆出無線充電了,當時由於功率需求低所以不需要考慮效率與安全。早期的係統轉換效率隻有20%-30%,且沒有安全機製並不會辯識目標連續供電,這樣的係統就與微型電磁爐一樣。由於功率很小,接收需求隻有0、1W上下,隻有20%的轉換效率下即有80%的能量於傳送中轉成熱量散逸,這樣推算發射器提供0、5W的能量到接收器為0、1W的能量,0、4W產生的熱量有限對係統的溫度上升不明顯,且係統最大輸出能力也不大即0、5W,所以在發射器上放置金屬異物也不會產生危險;但今日的裝置需求遠高於0、1W,以熱銷的智能型手機來看接收需要5V-1A 即5W的充電能量,若用電動牙刷的係統進行設計問題就會很大了,接收端5W的需求在隻有20%的轉換效率下有20W的能量轉換成熱能散逸,這樣的能量會產生龐大的熱能會導致係統溫度大幅上升,在這樣的推算下,係統最大輸出能力會在25W,若ruo為wei無wu安an全quan設she計ji下xia於yu發fa射she器qi上shang放fang置zhi金jin屬shu異yi物wu可ke能neng會hui導dao致zhi火huo災zai意yi外wai,所suo以yi在zai功gong率lv需xu求qiu提ti高gao後hou衍yan生sheng的de問wen題ti需xu要yao全quan新xin的de設she計ji來lai完wan成cheng無wu線xian充chong電dian。新xin設she計ji的de係xi統tong為wei了le達da到dao目mu標biao功gong率lv,必bi需xu先xian解jie決jue效xiao率lv與yu安an全quan的de問wen題ti。
高轉換效率仰賴先進規格零件與材料
現今無線充電係統都采用共振的方式進行設計,在架構上都大至相同有下列這些構造:
發射器內有:
1、直流電源輸入;
2、頻率產生裝置;
3、 切換電力的開關;
4、 發射的線圈與電容諧振組合。

接收器內有:
A、 接收的線圈與電容諧振組合;
B、 整流器;
C、 濾波與穩壓器;
D、 直流電源輸出。
在(zai)樣(yang)的(de)架(jia)構(gou)下(xia)從(cong)發(fa)射(she)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)到(dao)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)環(huan)節(jie)都(dou)是(shi)效(xiao)率(lv)損(sun)耗(hao)的(de)要(yao)點(dian),在(zai)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)中(zhong)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)有(you)阻(zu)抗(kang)特(te)性(xing)的(de)零(ling)件(jian)都(dou)會(hui)在(zai)上(shang)麵(mian)損(sun)耗(hao)部(bu)份(fen)能(neng)量(liang),這(zhe)幾(ji)年(nian)材(cai)料(liao)的(de)進(jin)步(bu)也(ye)讓(rang)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)的(de)實(shi)用(yong)化(hua)大(da)增(zeng),其(qi)中(zhong)有(you)幾(ji)樣(yang)先(xian)進(jin)零(ling)件(jian)是(shi)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)與(yu)傳(chuan)輸(shu)效(xiao)率(lv)相(xiang)關(guan)的(de),為(wei)了(le)達(da)到(dao)高(gao)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)需(xu)要(yao)將(jiang)這(zhe)些(xie)零(ling)件(jian)與(yu)材(cai)料(liao)作(zuo)組(zu)合(he)運(yun)用(yong)。
a、頻率產生裝置:目前有數家公司將此部份開發成IC銷售,其為發射電路板上的關鍵零件。
b、切換電力的開關:大多為MOSFET所構成,低導通阻抗與高切換速度是選用的要點。
c、發射/接收的線圈與電容諧振組合:此(ci)部(bu)份(fen)為(wei)過(guo)去(qu)從(cong)未(wei)出(chu)現(xian)過(guo)的(de)技(ji)術(shu),由(you)於(yu)無(wu)規(gui)則(ze)可(ke)循(xun)所(suo)以(yi)隻(zhi)能(neng)透(tou)過(guo)不(bu)斷(duan)的(de)嚐(chang)試(shi),另(ling)外(wai)未(wei)了(le)阻(zu)絕(jue)多(duo)於(yu)的(de)能(neng)量(liang)散(san)到(dao)其(qi)它(ta)地(di)方(fang),於(yu)線(xian)圈(quan)的(de)未(wei)感(gan)應(ying)側(ce)都(dou)會(hui)家(jia)上(shang)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao),這(zhe)類(lei)的(de)材(cai)料(liao)特(te)性(xing)也(ye)是(shi)全(quan)新(xin)的(de)應(ying)用(yong)。
d、整流器:由於在線圈上的操作都是高頻率、高電壓的能量訊號需要能有效的換成直流電才能給受電裝置使用,目前大多采用超低VF的蕭特基二極管所構成。
e、濾波與穩壓器:這部份難度在接收裝置空間有限,設計上要小型化的困難處,通常高轉換效率的電路配置大體積被動零件。
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設計最艱難的部份在於安全
先前提到無線充電係統與電磁爐一樣會發射電磁波能量,這有兩大問題:
其一:當(dang)發(fa)射(she)器(qi)上(shang)沒(mei)有(you)放(fang)目(mu)標(biao)充(chong)電(dian)裝(zhuang)置(zhi)時(shi)一(yi)樣(yang)在(zai)發(fa)射(she)能(neng)量(liang),長(chang)時(shi)間(jian)下(xia)會(hui)造(zao)成(cheng)能(neng)源(yuan)的(de)浪(lang)費(fei),不(bu)符(fu)合(he)現(xian)在(zai)產(chan)品(pin)節(jie)能(neng)的(de)趨(qu)勢(shi)。另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)較(jiao)嚴(yan)重(zhong),就(jiu)是(shi)當(dang)發(fa)射(she)器(qi)上(shang)放(fang)的(de)是(shi)金(jin)屬(shu)異(yi)物(wu),電(dian)磁(ci)波(bo)對(dui)其(qi)加(jia)熱(re);這個狀況輕則燒毀裝置,重則發生火災危其人員生命財產。所以無線充電係統若要上市銷售,必需要有一個重要的功能即為“受電端目標物辨識”,當dang正zheng確que的de目mu標biao物wu放fang置zhi在zai發fa射she器qi上shang才cai開kai始shi送song電dian,若ruo不bu是shi的de話hua則ze不bu送song電dian。用yong來lai偵zhen測ce近jin距ju離li裝zhuang置zhi的de方fang法fa有you很hen多duo,但dan在zai無wu線xian充chong電dian係xi統tong上shang有you一yi個ge問wen題ti就jiu是shi無wu法fa采cai用yong昂ang貴gui的de零ling件jian來lai完wan成cheng這zhe個ge功gong能neng,記ji住zhu目mu前qian設she計ji的de隻zhi是shi一yi個ge充chong電dian器qi,若ruo成cheng本ben太tai高gao的de話hua市shi場chang會hui無wu法fa接jie受shou這zhe個ge功gong能neng。
而目前有兩個實用的方法來完成這個功能:1、 磁力激活:在zai受shou電dian端duan上shang裝zhuang一yi個ge磁ci鐵tie,當dang發fa射she端duan感gan應ying到dao磁ci力li後hou開kai始shi發fa送song能neng量liang,這zhe個ge方fang法fa簡jian單dan有you效xiao,因yin為wei沒mei有you人ren會hui無wu意yi中zhong放fang一yi個ge磁ci鐵tie在zai發fa射she器qi上shang讓rang它ta燒shao毀hui。2、感應線圈上的資料傳送:這是目前認為最安全的方法,與RFID的原理相同,利用兩個線圈內的電力傳送中,包含資料碼一起傳送;這個方法最安全也是最難完成的,因為感應線圈上有高能量的電力傳輸、另外還包含了係統的噪聲與負載電流變化的幹擾,如何有效的傳送資料碼是一大難題。

可變功率係統需建立在數據傳輸機製上
yigelixiangdexitongweizaiwuxianchongdianfasheqishangfangzhibutongdejieshouqi,jieshouqikeweibutongdezhuangzhicongxiaodianlideerjidaodagonglvdebijixingjisuanji,douyinggaiyaonengduiyingbutongdemubiaowu;但dan每mei個ge接jie收shou裝zhuang置zhi的de電dian力li需xu求qiu都dou不bu一yi樣yang,這zhe時shi發fa射she器qi必bi需xu要yao能neng自zi動dong調tiao節jie功gong率lv輸shu出chu。但dan這zhe樣yang的de功gong能neng要yao建jian立li在zai發fa射she器qi與yu接jie收shou器qi要yao能neng夠gou傳chuan送song資zi料liao碼ma來lai進jin行xing溝gou通tong,所suo以yi如ru何he運yun用yong感gan應ying電dian力li的de線xian圈quan進jin行xing資zi料liao碼ma傳chuan送song是shi研yan發fa的de要yao點dian。關guan於yu這zhe個ge技ji術shu數shu年nian前qian已yi經jing有you多duo家jia公gong司si投tou入ru開kai發fa,每mei家jia公gong司si的de方fang法fa有you差cha異yi在zai實shi作zuo上shang的de穩wen定ding性xing也ye需xu要yao再zai經jing過guo驗yan證zheng。
無線充電共通標是理想卻難以實現
目mu前qian有you業ye者zhe在zai推tui行xing無wu線xian充chong電dian標biao準zhun,理li想xiang化hua的de標biao準zhun是shi可ke以yi跨kua品pin牌pai使shi用yong。這zhe個ge是shi一yi個ge很hen理li想xiang化hua的de目mu標biao,所suo謂wei的de標biao準zhun就jiu針zhen對dui兩liang個ge部bu份fen需xu要yao規gui範fan才cai能neng運yun作zuo;第(di)一(yi)就(jiu)是(shi)要(yao)有(you)共(gong)通(tong)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv),電(dian)力(li)傳(chuan)輸(shu)是(shi)需(xu)要(yao)透(tou)過(guo)預(yu)設(she)好(hao)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)來(lai)傳(chuan)送(song),發(fa)射(she)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)能(neng)量(liang)之(zhi)頻(pin)率(lv)需(xu)要(yao)是(shi)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)才(cai)能(neng)得(de)到(dao)好(hao)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)。第(di)二(er)就(jiu)是(shi)標(biao)準(zhun)的(de)資(zi)料(liao)傳(chuan)送(song)碼(ma)或(huo)其(qi)它(ta)識(shi)別(bie)激(ji)活(huo)方(fang)式(shi),發(fa)射(she)器(qi)需(xu)要(yao)對(dui)應(ying)到(dao)正(zheng)確(que)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)才(cai)能(neng)開(kai)始(shi)送(song)電(dian)。一(yi)個(ge)共(gong)通(tong)的(de)標(biao)準(zhun)的(de)確(que)是(shi)市(shi)場(chang)所(suo)期(qi)待(dai)的(de),目(mu)前(qian)在(zai)推(tui)動(dong)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)標(biao)準(zhun)化(hua)的(de)團(tuan)體(ti)已(yi)經(jing)運(yun)作(zuo)多(duo)時(shi),但(dan)在(zai)市(shi)麵(mian)上(shang)的(de)產(chan)品(pin)還(hai)算(suan)少(shao)見(jian),這(zhe)部(bu)份(fen)可(ke)以(yi)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)後(hou)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti),一(yi)部(bu)份(fen)是(shi)其(qi)標(biao)準(zhun)尚(shang)未(wei)完(wan)整(zheng)以(yi)致(zhi)研(yan)發(fa)人(ren)員(yuan)照(zhao)規(gui)格(ge)書(shu)開(kai)發(fa)確(que)無(wu)法(fa)順(shun)利(li)將(jiang)產(chan)品(pin)完(wan)成(cheng);另(ling)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)是(shi)該(gai)標(biao)準(zhun)並(bing)不(bu)是(shi)免(mian)費(fei)的(de),當(dang)產(chan)品(pin)上(shang)市(shi)前(qian)需(xu)要(yao)先(xian)支(zhi)付(fu)相(xiang)關(guan)專(zhuan)利(li)的(de)權(quan)利(li)金(jin),所(suo)以(yi)共(gong)通(tong)標(biao)準(zhun)是(shi)未(wei)來(lai)的(de)趨(qu)勢(shi),但(dan)目(mu)前(qian)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)還(hai)未(wei)成(cheng)熟(shu)。
三大關鍵組件牽動三個產業鏈
就無線充電產品看有三大關鍵組件,其中有控製電路板、感應線圈、磁性材料。
muqianwuxianchongdianshangzaiqibujieduan,shichangyuqijiexialaideerdaosannianhuikaishigaoduchengchang,ersinianhoujianghuibianchengpinpaishangpindebiaozhunbeiguigezhiyi。zhegeshichangdechengchanghuiqiandongdechanyelianbuzhizaidianzichanye,ganyingxianquanxuyaojingmizhijushengchanzheqiandongdeshijixiegongye,xianquanshangxuyaoyunyonggaoxiaonengdiancibopingbinenglidecixingcailiaozheqiandongdeshihuaxuegongye。suoyiyigechanpindechengchangkeyiqiandongsangechanyelian,yinweizhegechanpinbingbushiguoquyijingcunzaidechanpin,ershiquanxindeleibiequanxindeyingyong,xiangguandecailiaodouyaozhongxinkaifashengchan,duijingyingmianlaikanzheyeshikeyikaifadexinlingyu。
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