物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無(wú)線充電技術(shù)解析

 物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)成為自互聯(lián)網(wǎng)誕生以來(lái)，最具革命性的進(jìn)展，眾多的預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)也都對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的前景保持樂(lè)觀，它們認(rèn)為：未來(lái)幾年后聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量將會(huì)達(dá)到百億級(jí)別甚至更多。

毫無(wú)疑問(wèn)，以后普通消費(fèi)者的日常生活中將會(huì)充滿形形色色的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。由此，設(shè)備續(xù)航能力開(kāi)始變得尤為重要，尤其是對(duì)于那些不方便連接電源的設(shè)備，例如可穿戴產(chǎn)品、交通工具等等。

相信那些智能手環(huán)與手表的使用者對(duì)此深有體會(huì)。近兩年，無(wú)線充電技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注與重視，因?yàn)樗鼘⒛軌蚝芎玫慕鉀Q設(shè)備續(xù)航能力的問(wèn)題。

接下來(lái)小編就將目前的無(wú)線充電技術(shù)的具體情況匯總整理給大家。

1.應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著智能手機(jī)和智能硬件呈鋪天蓋地之勢(shì)來(lái)襲，充電已經(jīng)成為比鉆石還硬的剛需。

現(xiàn)在有很多公司正致力于通過(guò)無(wú)線設(shè)備讓手機(jī)時(shí)刻保持充電狀態(tài)。無(wú)線充電技術(shù)是對(duì)能量轉(zhuǎn)換方式的大革新，便攜設(shè)備無(wú)線充電的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于擺脫線纜的束縛。然而，從尼古拉?特斯拉首次傳輸電力至今已經(jīng)超過(guò)100年，但我們依然未能釋放能量轉(zhuǎn)換的全部潛力。

2015年無(wú)線充電板等發(fā)射端設(shè)備呈現(xiàn)飆升態(tài)勢(shì)，穿戴式裝置是帶動(dòng)2015年無(wú)線充電發(fā)射端裝置出貨量成長(zhǎng)最主要的動(dòng)力來(lái)源。接下來(lái)幾年，可以想象筆記型電腦將開(kāi)始支援無(wú)線充電接收功能，公共場(chǎng)所布建無(wú)線充電發(fā)送設(shè)備的需求將出現(xiàn)快速成長(zhǎng)，越來(lái)越多消費(fèi)者在日常生活中使用無(wú)線充電技術(shù)。

2.現(xiàn)有技術(shù)分析

100年前尼古拉?特斯拉發(fā)明了“特斯拉線圈”，通過(guò)空氣傳播電力，開(kāi)啟了無(wú)線式電力傳播的時(shí)代。在無(wú)線充電技術(shù)尚未大面積普及的今天，我們不妨先將它粗暴地分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)充電兩大類。

近場(chǎng)

近場(chǎng)無(wú)線傳輸?shù)姆绞接泻芏?，如電磁感?yīng)、磁共振、電容耦合、磁力耦合等等。前兩個(gè)應(yīng)該是目前市場(chǎng)上最常用的技術(shù)。

電磁感應(yīng)(電感性耦合)

它使用導(dǎo)線線圈之間建立的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。當(dāng)電流流經(jīng)發(fā)送線圈時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，進(jìn)而在接收線圈中感應(yīng)出一個(gè)電壓。線圈耦合得越好，電能傳輸?shù)镁驮胶谩?/p>

如應(yīng)用于手機(jī)背部、牙刷底部和充電底座集成線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)，兩個(gè)線圈的相互作用能夠傳輸電流，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。

磁共振(共振感應(yīng)耦合)

這種方法利用共振現(xiàn)象在一定空間內(nèi)無(wú)線傳輸電能，其原理與電磁感應(yīng)是相同的。發(fā)送器和接收器線圈以相同的頻率振蕩(或共振)，共振感應(yīng)耦合可使能量以高強(qiáng)度進(jìn)行傳輸。

消費(fèi)領(lǐng)域的主要無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)大多依賴于上述兩種方法，不過(guò)這項(xiàng)技術(shù)的缺陷在于傳輸距離較短，所以很多支持無(wú)線充電的手機(jī)，需要較為精確地?cái)[放在無(wú)線充電底座上，才能正常充電，比起有線充電的穩(wěn)定和用戶粘度，它并未在消費(fèi)者群體中顯示出多大的優(yōu)越性。

近場(chǎng)較為成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有：無(wú)線充電聯(lián)盟的Qi、4AWP以及PMA三大標(biāo)準(zhǔn)。

Qi標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)立者WPC聯(lián)盟一直致力于開(kāi)發(fā)一種全球統(tǒng)一的無(wú)線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前有200多家公司提供的800多種產(chǎn)品都支持Qi標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)盟管理成員包括LG、高通、三星、TI、東芝和Verizon。

Airfuel聯(lián)盟是個(gè)全球性生態(tài)系統(tǒng)，是PMA聯(lián)盟和A4WP聯(lián)盟合并的結(jié)果。這一合并之舉加速了未來(lái)消費(fèi)者無(wú)論到何處，設(shè)備充電將具有互操作性、便利性的愿景實(shí)現(xiàn)。組成聯(lián)盟董事會(huì)的公司有AT&T、英特爾、安森美、Powermat、三星和WiTricity。

遠(yuǎn)距充電系統(tǒng)

相較于近場(chǎng)充電系統(tǒng)，遠(yuǎn)距充電系統(tǒng)將能量從功率集線器傳遞至特定設(shè)備的方法更為多元，藍(lán)牙、Wi-Fi、超音波和紅外線等都曾被試用過(guò)。

首先說(shuō)說(shuō)Wi-Fi，就在去年，美國(guó)華盛頓大學(xué)已經(jīng)成功研發(fā)了利用WiFi網(wǎng)絡(luò)給硬件設(shè)備充電的技術(shù)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)在大約十米的WiFi覆蓋距離內(nèi)給數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備完成充電，未來(lái)可應(yīng)用于手機(jī)充電。據(jù)悉，這個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的是一個(gè)“WiFi供電系統(tǒng)”，這個(gè)系統(tǒng)由WiFi接入點(diǎn)(路由器)和定制的充電傳感器組成。

這個(gè)充電傳感器安裝在硬件設(shè)備上，主要用來(lái)接收射頻信號(hào)(RF)中的電能，然后將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流電進(jìn)行充電。除了上述硬件外，該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了一套軟件方案，該方案可讓路由器在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)為外部設(shè)備供電。那么問(wèn)題來(lái)了，用于WiFi傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和充電的信號(hào)會(huì)不會(huì)存在干擾呢?研究團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)有特定的解決方案來(lái)防止兩個(gè)信號(hào)之間的干擾。例如在路由器和傳感器上做出相應(yīng)的優(yōu)化，兩大信號(hào)的傳輸可以互不影響。

而基于射頻(RF)的系統(tǒng)如WattUp、Cota，均使用一個(gè)或多個(gè)天線廣播能量并進(jìn)行通訊。例如，Cota無(wú)線充電技術(shù)實(shí)際上是使用現(xiàn)有的Wi-Fi和藍(lán)牙天線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和接收無(wú)線功率，然后將這些微訊號(hào)挹注到電池的充電電流。

以u(píng)Beam為代表的超音波系統(tǒng)中，路由器中的訊號(hào)產(chǎn)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生電訊號(hào)，經(jīng)過(guò)處理產(chǎn)生超音波，經(jīng)過(guò)聚焦便會(huì)產(chǎn)生充電電流。然而這對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的要求比較高：必須具備高效率，并且能承受大能量訊號(hào)

Wi-Charge則專注于將紅外線轉(zhuǎn)換為電力。發(fā)射端透過(guò)雷射二極管向接收器準(zhǔn)確地射出紅外線光束，接收器中的太陽(yáng)能電池則負(fù)責(zé)將紅外線光轉(zhuǎn)換回電能。

最近的突破當(dāng)屬Energous，做到了無(wú)線充電距離目前最遠(yuǎn)。它利用射頻電波將無(wú)線電波轉(zhuǎn)化成蓄電池電力，配有特殊接收器的無(wú)線裝置就可以將電力從空氣中抽離出來(lái)，為放在錢(qián)包、口袋或任何地方的手機(jī)充電。這種技術(shù)目前還存在局限性，因?yàn)樗荒転榍度胄酒男⌒驮O(shè)備充電，而且這些設(shè)備需要與Miniature WattUp發(fā)射機(jī)直接接觸。

無(wú)線充電系統(tǒng)實(shí)作應(yīng)注意五大重點(diǎn)

相較于有線充電，無(wú)線充電系統(tǒng)在先天上有許多變數(shù)，若突破不成反成絆腳，那實(shí)在遺憾。所以一些改變必須取舍有度：

1.移動(dòng)性 在無(wú)線充電系統(tǒng)的實(shí)作中，定位和跟蹤多個(gè)移動(dòng)接收器的能力至關(guān)重要。必須考慮用戶應(yīng)能隨意移動(dòng)而不會(huì)丟失訊號(hào)。

2.輻射安全 射頻安全性取決于在不損害人類健康的前提下，人體可以承受的照射量，通常是以吸收率(SAR)用來(lái)定義這個(gè)極限值。消費(fèi)類產(chǎn)品的安全性要求其實(shí)相當(dāng)嚴(yán)格，因?yàn)樗P(guān)乎能否讓消費(fèi)者建立安全感，不能只以通過(guò)安全規(guī)范為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)。

3.系統(tǒng)干擾 無(wú)線充電系統(tǒng)基于高頻率開(kāi)關(guān)訊號(hào)，必須具備預(yù)測(cè)噪訊來(lái)源的能力，包括充電系統(tǒng)本身的噪訊和系統(tǒng)外部的噪訊。

4.成本 在成本方面，需要考慮的兩項(xiàng)因素是電源成本和傳輸效率。美國(guó)每年的電池使用量高達(dá)29億顆，若無(wú)線充電普及，將具有避免數(shù)百萬(wàn)顆電池被投入垃圾掩埋場(chǎng)的潛力。

5.非接觸喚醒 如何為完全沒(méi)電的設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電?是否要用到有線和無(wú)線兩種技術(shù)的融合?這是原理設(shè)計(jì)不能跳過(guò)的問(wèn)題。

3.落地困難

無(wú)線充電技術(shù)的落地困境和智能家居遇到的窘迫簡(jiǎn)直是異曲同工，惺惺相惜。一個(gè)字，亂。

雖然無(wú)線充電技術(shù)在近年來(lái)被廣泛關(guān)注，但至今仍未真正在消費(fèi)電子領(lǐng)域普及。雖有巨頭大佬們對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的布局和研發(fā)，市場(chǎng)的冷淡卻表明，從嘗試到大規(guī)模商用還有幾段坎坷。

一是市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈混亂，二是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)紛雜，有待統(tǒng)一。

快速發(fā)展的無(wú)線充電市場(chǎng)迫切要求制造商和開(kāi)發(fā)商為設(shè)備間互操作性制訂全球統(tǒng)一的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)。顯然，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是目前無(wú)線充電技術(shù)難以進(jìn)一步普及的一大瓶頸，供應(yīng)商在他們的產(chǎn)品中采用這些技術(shù)的步伐非常緩慢。畢竟大部分消費(fèi)者并不喜歡繁瑣和零碎的操作體驗(yàn)。不過(guò)，許多廠家都已推出支持雙模無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，多一個(gè)選擇同時(shí)也可能是最好的解決方案。

一旦在這場(chǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中明確勝者，那么這個(gè)市場(chǎng)將很快形成數(shù)十億美元的通用無(wú)線充電器業(yè)務(wù)

4.未來(lái)展望

2016年也將是無(wú)線充電應(yīng)用多元化的關(guān)鍵年?？煽陀^預(yù)測(cè)，支援無(wú)線充電功能的筆記型電腦將在2016下半年問(wèn)世，并帶動(dòng)相關(guān)充電設(shè)備需求。

未來(lái)，整個(gè)行業(yè)希望看到類似Wi-Fi那樣擁有超遠(yuǎn)傳輸距離、穩(wěn)定性更好的無(wú)線充電技術(shù)，但仍面臨一些技術(shù)障礙以及通信信道的監(jiān)管問(wèn)題。所以，無(wú)線充電在短時(shí)間內(nèi)仍是消費(fèi)電子領(lǐng)域的配角，發(fā)展壯大尚需時(shí)日。

無(wú)線充電技術(shù)既方便又好用，而且打破了空間上的限制，因此用戶們可以利用一臺(tái)發(fā)射器同時(shí)給多臺(tái)設(shè)備充電，而且對(duì)充電設(shè)備所處的位置也沒(méi)有特別的要求，這將會(huì)給接下來(lái)的生活帶來(lái)更多的便利。可以看到，雖然目前這項(xiàng)技術(shù)還存在有諸多的問(wèn)題，但是，相信在物聯(lián)網(wǎng)的需求刺激之下，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)與人們的日常生活走得越來(lái)越近。