無線充電器未來的發(fā)展

伴隨科技不斷進(jìn)步，無線充電市場(chǎng)空間包括智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車電子、家用電器等領(lǐng)域也在逐年擴(kuò)大。根據(jù)智研咨詢整理的數(shù)據(jù)，2023年中國無線充電市場(chǎng)規(guī)模達(dá)約為100億元，智能手機(jī)仍是目前無線充電行業(yè)最大細(xì)分領(lǐng)域，相比2022年，同比增長超過20%。根據(jù)國際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets的報(bào)告預(yù)測(cè)，全球無線充電市場(chǎng)規(guī)模將從2021 年的45億美元增長到2026年的134 億美元，期間年復(fù)合增長率為24.6%。按照市場(chǎng)劃分，電動(dòng)汽車無線充電市場(chǎng)將是細(xì)分市場(chǎng)中增速最快的領(lǐng)域。根據(jù)Markets and Markets報(bào)告預(yù)測(cè)，全球電動(dòng)汽車無線充電市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2022年的1500萬美元增長到2027年的3.77億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)88.4%。

1. 便捷性：無線充電器消除了傳統(tǒng)充電線的束縛，用戶可以輕松放置充電設(shè)備，無需插拔充電線，大大提高了充電過程的便捷性。

2. 無線充電技術(shù)的不斷進(jìn)步：無線充電技術(shù)正不斷發(fā)展和改進(jìn)。目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多先進(jìn)的無線充電技術(shù)，如電磁感應(yīng)充電、電磁輻射充電和諧振充電等，這些技術(shù)能夠提高充電效率和距離，使得無線充電器更加實(shí)用和普及。

3. 生活和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域：無線充電器有著廣泛的應(yīng)用前景。在生活領(lǐng)域，無線充電器可以用于智能手機(jī)、智能手表、無人機(jī)、電動(dòng)車等設(shè)備的充電，為用戶帶來更加便利的充電體驗(yàn)。在商業(yè)領(lǐng)域，無線充電器可以應(yīng)用于公共場(chǎng)所，如咖啡館、餐廳、機(jī)場(chǎng)等，為人們提供充電服務(wù)，為商家?guī)碓鲋捣?wù)。

4. 節(jié)省資源和環(huán)保：傳統(tǒng)充電方式需要大量的充電線和插口，無線充電器可以減少這些資源的浪費(fèi)。此外，由于無線充電器無需插拔充電線，降低了使用過程中損壞充電口的風(fēng)險(xiǎn)，延長了設(shè)備的使用壽命，對(duì)環(huán)境也更加友好。

5. 技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求：無線充電技術(shù)正得到越來越多的關(guān)注和投資。越來越多的電子產(chǎn)品開始支持無線充電功能，市場(chǎng)需求也在不斷增長。預(yù)計(jì)未來幾年，無線充電器市場(chǎng)將迎來快速增長。

總的來說，無線充電器的前景非常廣闊，憑借其便捷性、先進(jìn)的技術(shù)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，無線充電器將在未來得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

一、無線充電行業(yè)概述

1、無線充電概念

傳統(tǒng)的充電器大多通過金屬電線直接接觸的方式，給設(shè)備內(nèi)置電池充電。無線充電器是指不用傳統(tǒng)的充電電源線連接到需要充電的終端設(shè)備上的充電器，采用了新的無線充電技術(shù)，通過使用線圈之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電感耦合技術(shù)，神奇的傳輸電能。無線充電技術(shù)大幅提高了充電器的便捷性和通用性，這一新技術(shù)將會(huì)大大減少用戶所需各種充電器的數(shù)量，同時(shí)，通過采用無線充電技術(shù)，公共移動(dòng)設(shè)備充電站將會(huì)有可能成為現(xiàn)實(shí)。

2、無線充電工作原理

目前無線充電主要有電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式、電場(chǎng)耦合式四種基本方式。

①電磁感應(yīng)式

無線充電是基于電磁感應(yīng)原理，這類充電系統(tǒng)主要由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈兩個(gè)線圈組成，通過給初級(jí)線圈通以一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)的作用，在次級(jí)線圈中會(huì)產(chǎn)生一定的電流，因此能量就從傳輸端轉(zhuǎn)移到了接收端。它的優(yōu)點(diǎn)是能量效率較高、技術(shù)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)傳輸距離短、使用位置相對(duì)固定。

②磁場(chǎng)共振

磁場(chǎng)共振式無線充電需要將能量發(fā)送裝置和能量接收裝置中的兩個(gè)線圈作為共振器，由小電容并聯(lián)或串聯(lián)而成的大電感線圈組成，通過共振效應(yīng)進(jìn)行能量傳輸，并且這兩個(gè)裝置需調(diào)整到相同頻率。相比于電磁感應(yīng)，磁共振無線充電的傳輸距離更長、供電效率更高，并且支持一對(duì)多的供電方式。

③無線電波輸電

該技術(shù)是將電磁波轉(zhuǎn)換為電流，再通過電路傳輸電流進(jìn)行充電。無線電波輸電系統(tǒng)主要由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。微波發(fā)射裝置發(fā)射無線電波，微波接收裝置捕捉無線電波能量，并隨負(fù)載做出調(diào)整，得到穩(wěn)定的直流電。它具有體積小、發(fā)熱低和高效率的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)在于開發(fā)和支持者較少，不利于普及。

④電場(chǎng)耦合

電場(chǎng)耦合技術(shù)將電能以微波的形式沿垂直方向耦合兩組非對(duì)稱偶極子而產(chǎn)生電力，通過無線傳送，發(fā)射到遠(yuǎn)端的接收天線，然后通過整流、調(diào)制等處理后使用，雖然這種方式能效很低，但使用最為方便。

3、無線充電基本結(jié)構(gòu)

(Ⅰ)左側(cè)為TX，也就是發(fā)射端，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品就是無線充電發(fā)射器。

(Ⅱ)右側(cè)為Rx，也就是接收端，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品就是帶無線充電功能的手機(jī)等。

(Ⅲ)TX端：MCU，功率全橋，以及由電感和電容組成的LC諧振Tank，其中電感就是發(fā)射端線圈。

(Ⅳ)RX端：MCU，整流橋，LDO，Charger芯片，電池，以及LC諧振Tank，其中電感就是接收端線圈。

4、無線充電圓缺點(diǎn)

①無線充電圓點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的有線充電，無線充電具有 防水性強(qiáng)、避免接線口磨損、操作便捷、減少可視線的雜亂狀態(tài) 等優(yōu)勢(shì)。用戶不需要經(jīng)歷插入、拔取數(shù)據(jù)線這樣繁瑣的環(huán)節(jié)便可以在自由度更高的場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速充電。此外，由于不同品牌的電子產(chǎn)品之間存在充電數(shù)據(jù)線互不通用的情況，無線充電模式可以有效解決充電適配的問題，避免了數(shù)據(jù)線的大量損耗和浪費(fèi)，相對(duì)來說是一種比較環(huán)保的充電方式。

②無線充電缺點(diǎn)

(Ⅰ)充電效率問題：?jiǎn)渭儚男蕯?shù)值角度來看，無線充電的充電效率峰值一般在 90%左右，而插入式充電充電效率可達(dá) 95%。但在實(shí)際應(yīng)用中，我們認(rèn)為 5 個(gè)百分 點(diǎn)的效率差異在充電時(shí)間上的用戶體驗(yàn)相差無幾。

(Ⅱ)無統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：目前全球無線電能傳輸技術(shù)保準(zhǔn)包括三個(gè)：WPC、PMA 和 A4WP。但這三大標(biāo)準(zhǔn)僅限于小功率的移動(dòng)終端充電，面向大功率的電動(dòng)汽車無線 電能傳輸技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)尚未確立。

(Ⅲ)部分消費(fèi)者對(duì)于電磁輻射存在一定的擔(dān)憂：無線充電技術(shù)以電磁波的形式 進(jìn)行能量傳輸，可能會(huì)造成終端用戶對(duì)于電磁輻射安全的憂慮。事實(shí)上，美國 Evatran 公司已經(jīng)通過了美國較為嚴(yán)苛的 ETL 商用認(rèn)證，在人員安全性方面已經(jīng)達(dá) 到了安全性要求。

5、無線充電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

①Q(mào)i標(biāo)準(zhǔn)

Qi標(biāo)準(zhǔn)是全球首個(gè)推動(dòng)無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無線充電聯(lián)盟(WirelessPowerConsortium，簡(jiǎn)稱WPC)推出的無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，WPC組織的Qi標(biāo)準(zhǔn)是目前市場(chǎng)上最受歡迎的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，也是市場(chǎng)上參與企業(yè)和支持產(chǎn)品種類最多的標(biāo)準(zhǔn)，主要參與企業(yè)包括蘋果、三星、博通、高通、NXP、IDT、MTK、TI、TDK等國際主流終端和芯片廠商。

②PMA標(biāo)準(zhǔn)

PMA(PowerMattersAlliance)標(biāo)準(zhǔn)是由DuracellPowermat公司發(fā)起的，目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟。PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備，打造無線供電標(biāo)準(zhǔn)，在無線充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導(dǎo)地位。

③A4WP標(biāo)準(zhǔn)

A4WP(AllianceforWirelessPower)標(biāo)準(zhǔn)由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創(chuàng)建的無線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。該聯(lián)盟還包括EverWinIndustries、GillIndustries、PeikerAcustic和SKTelecom等成員，目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對(duì)話機(jī)制。2015年6月，PMA和A4WP兩大聯(lián)盟合并為AFA組織之后，AFA同時(shí)具備PMA的感應(yīng)式標(biāo)準(zhǔn)和A4WP的諧振式無線充電標(biāo)準(zhǔn)。

④iNPOFi標(biāo)準(zhǔn)

iNPOFi(InvisiblePowerField)是由中國大連硅展公司在CES2013上展出的系列無線充電產(chǎn)品，并形成了自己的一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前可以支持當(dāng)下兩大主流手機(jī)陣營，即蘋果iPhone和三星Galaxy系列。

6、無線充電發(fā)展歷程

19 世紀(jì) 90 年代，尼古拉·特斯拉認(rèn)為可以用特斯拉線圈實(shí)現(xiàn)無線供電，但實(shí)驗(yàn)沒有成功;

1978 年，美國發(fā)明家約翰·喬治·博格爾開始嘗試給電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電;

1989 年，日本八電子提出了與 WiTricity 的磁耦合諧振原理完全相同的電路;

1993 年，日本大福公司實(shí)現(xiàn)了世界上第一起非接觸式供電和輸送系統(tǒng)。其理論基礎(chǔ)來自奧克蘭大學(xué)約翰·博伊斯的理論;

1994 年，村田制造公司的開發(fā)商宣布「磁耦合諧振技術(shù)」。2006 年 11 月，麻省理工學(xué)院(MIT)的馬林·索爾賈?？顺晒α?2 米傳輸實(shí)驗(yàn);

2009 年 1 月，WiPower 公司制定磁共振標(biāo)準(zhǔn)「A4WP」，支持高達(dá) 50W 的功率傳輸，距離可達(dá) 5 厘米，功率傳輸頻率為 6.78 MHz;

2010 年 7 月，無線電力聯(lián)盟(WPC)制定磁感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)「Qi」。制定了 5W 或更小的移動(dòng)終端的標(biāo)準(zhǔn);

2012 年 1 月，IEEE 發(fā)布根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(IEEE-SA)的 PMA 磁感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)組成電力事務(wù)聯(lián)盟(PMA)。該標(biāo)準(zhǔn)與 Qi 相似，主要建置一套安全，節(jié)能的感應(yīng)電源標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行智能電源管理。2015 年 9 月，A4WP 與 PMA 無線充電組織合并成 AirFuel Alliance，推動(dòng)統(tǒng)一無線充電標(biāo)準(zhǔn);

2019 年 2 月，集成了 WiTricity 技術(shù)與 Qualcomm Halo(來自奧克蘭大學(xué)的 Halo IPT)技術(shù)。

二、無線充電產(chǎn)業(yè)鏈分析

1、無線充電上游產(chǎn)業(yè)鏈主要結(jié)構(gòu)分析

無線充電上游產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)可分為兩部分，分別是接收端和發(fā)射端，發(fā)射端包括：芯片、振蕩器、功率放大器、線圈、PCB、被動(dòng)器件、電子變壓器、結(jié)構(gòu)件等，接收端又可以分成芯片和模組兩個(gè)大部分。無線充電設(shè)備在發(fā)射和接收端各有一個(gè)線圈，發(fā)射端線圈連接有線電源產(chǎn)生電磁信號(hào)，接收端線圈感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號(hào)從而產(chǎn)生電流給電池充電。

①電源芯片：多?；l(fā)展成為趨勢(shì)

無線充電設(shè)備的電源管理芯片主要包含發(fā)射端Tx芯片和接收端Rx芯片，Tx芯片負(fù)責(zé)將輸入電源按照特定頻段的無線電信號(hào)(Qi、PMA、A4WP均規(guī)定了不同的頻段)發(fā)送給對(duì)方，Rx芯片負(fù)責(zé)將無線電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電能，從而完成充電過程。目前在電源芯片市場(chǎng)上，IDT公司已經(jīng)能夠提供基于Qi、PMA、雙模(Qi+PMA)和Airfuel等多種標(biāo)準(zhǔn)的解決方案;TI公司最初主要是基于Qi標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)能夠支持Qi1.2標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也提供WPC協(xié)議的發(fā)射端和接收端以及PMA的接收端方案;MTK則針對(duì)WPC的Qi標(biāo)準(zhǔn)和Airfuel的Rezence標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的解決方案。

②傳輸線圈：充電功率日益提升

充電線圈是無線充電發(fā)射端與接收端溝通的橋梁，目前主流線圈包括銅線密繞線圈、FPC線圈和扁平線圈三種，其中銅線密繞線圈在充電功率、線圈損耗等方面具有優(yōu)勢(shì)。發(fā)射端線圈的層數(shù)有單層和多層之分，線圈又有單線圈和多線圈之分，通過是采用磁吸的方案提高對(duì)準(zhǔn)精度，再通過增大線全尺寸和數(shù)量來提高無線充電的覆蓋范圍。傳輸線圈主要有FPC和銅線繞線兩種方案，F(xiàn)PC方案相對(duì)更薄、尺寸更小，但是功率低。銅線繞線方案尺寸大一些，成本相對(duì)較高，但可以實(shí)現(xiàn)更高的功率，達(dá)到更高的充電效率，現(xiàn)已成為市場(chǎng)上主流的線圈設(shè)計(jì)方案。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴和便攜式設(shè)備的發(fā)展，人們對(duì)于智能電子產(chǎn)品的依賴性越來越高。然而雜亂的充電線時(shí)常會(huì)讓消費(fèi)者感到頭疼，頻繁插拔線材對(duì)充電接口也會(huì)造成一定損傷，于是人們開始尋求新的充電方式來改變這一狀況。當(dāng)下，越來越多的電子設(shè)備開始采用無線充電技術(shù)。

日前，小米十周年發(fā)布會(huì)上發(fā)布了小米10“超大杯”系列，將無線充電的功率提升至50W，理論上通過無線充電花40分鐘即可將手機(jī)電量充滿。同時(shí)，小米還推出了兩款無線充電配件產(chǎn)品，以配合手機(jī)的使用需求。利用無線充電技術(shù)強(qiáng)勢(shì)吸引眼球的并非小米一家，在今年華為、三星等發(fā)布的新品中，也能不斷看到無線充電技術(shù)的身影。