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作者:鄢凡/马鹏清/李学来/兰飞/涂围
节选自招商证券电子研究10月17日发布报告《智能硬件创新深度专题之三:无线充电渐臻成熟,苹果手机将成引爆点》。
一、无线充电:即将爆发的市场
1、无线充电基本原理
无线充电技术(Wirelesschargingtechnology),是指不通过电导线,利用电磁波感应原理或是其他交流感应技术,在发送端和接收端用相应的设备来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术,源于无线电力输送技术。
早在19世纪30年代,迈克尔-法拉第发现电磁感应现象,即磁通量变化产生感应电动势,从而在电线中产生电流。但最早的无线电力传输思想是尼古拉-特斯拉(NikolaTesla)在19世纪90年代提出的无线电力传输构想和无线输电试验,因而有人称之为无线电能传输之父。
对比有线充电方式,无线充电有以下主要优点:
在两装置之间完全的电流隔离,可使应用更加安全;
电源接收器可完全封闭,使应用装置较易达到完全防水;
省去体积较大的连接器可使整体应用的体积减少,对于如蓝牙耳机、智能手表和健康(医疗)等方面的穿戴式装置而言非常重要的;
非接触式的电源传输非常方便:无需插上或拔出连接器,只需将接收器放在发射器的表面上,即可开始电源传输。
从具体技术原理及解决方案来说,可分为电磁感应以及电磁波两种方式,其中电磁感应适合近距离传输,包括电动感应与电场耦合两种方式,电动感应中磁感应与磁共振是最常见的无线充电方式;远距离传输主要通过电磁波传输实现,包括微波/射频、光/激光等方式。原理有所不同,传输功率、使用方式、使用距离等有也有明显不同。
目前应用最多,最成熟的方案是磁感应方式(MagneticInduction)。其根本原理是利用电磁感应原理,类似于变压器,在发送端和接收端各有一个线圈,初级线圈上通一定频率的交流电,由于磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。WPC联盟的Qi标准以及前PMA标准都是磁感应的方案。
磁共振式(MagneticResonantInduction)也称为近场谐振式,当能量发送与接受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,其原理与声音的共振原理相同,排列在磁场中的相同振动频率的线圈,可从一个向另一个供电。与磁感应相比,其发射与接受端线圈频率相同,其需要通信辅助。
磁共振拥有更高的功率传输上限(50W)、更远的传输距离,并且在发射与接收端线圈摆放上更加方便,受到多方的重视,尤其是在终端电池容量明显提升,以及电动汽车快速发展的情况下。目前在小型化以及效率方面仍需有较大提升。
电场耦合式(ElectrostaticInduction)利用通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电能,其基本原理是通过电场将电能从发送端转移到接收端。这种方式主要是村田制作所采用,具有抗水平错位能力较强的特点。
无线电波式(电磁波,ElectromagneticRadiation),基本原理类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管,能控制源在特定频段输出一定的功率;发射天线是多个缝隙的天线阵,接收天线收集和转换效率较低。
此外还有接触式“无线充电”方案,充电面板为两个平面的“电极”,充电通过两个触电与两个电极接触来实现充电,此类方案没有利用电磁感应原理,仍是类电导线方案。
2、协议标准逐渐统一,新标准功率提升助力放量
无线充电原有3大联盟,年12月7日最早成立的是WPC,年相继成立PMA与A4WP,年PMA与A4WP合并,成立新联盟AirfuelAlliance,与WPC并立成为目前主要两大技术联盟。我们同时看到了技术标准进一步融合,WPCQi1.2最新标准在磁感应的基础上亦提出了磁共振的方案,这样两大联盟都兼容了磁感应与磁共振。此外,效率持续提升,Qi1.2标准增加15/12W两中传输功率,且尺寸并没有明显提升,AirfuelAlliance预计17年将发布新标准,同样兼容15W传输功率。15W基本与快充产品功率基本相当。此外,在汽车无线充电领域,标准亦陆续出台。
WPC包括:高通、三星、微软、TI、IDT、IKEA、华为等超过家公司都是联盟成员。WPC无线充电标准为Qi标准,兼容性以及通用性是其最主要的特点。只要拥有Qi标志的产品,都可以通用无线充电器充电,也就是说未来手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电,为无线充电的大规模应用提供了可能。Qi标准工作频率在-kHz,目前主要应用传输功率5W以下,传输距离也相对较短在mm-cm,适合电池容量相对较小的终端产品提供无线电力供应。随着终端电池容量的进一步提升,Qi1.2版本增加了12/15W两个传输功率,同时也兼容磁共振方式。在远景计划中,WPC计划将Qi充电站植入到家庭、汽车、火车等各个公共场所,从而让消费者可以随时随地、方便快捷地享受无线充电带来的无限便捷。
PMA联盟(目前已经与A4WP合并成为AirfuelAlliance),由DuracellPowermat公司发起的,而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营,拥有比较出色的综合实力。除此以外,Powermat还是AllianceforWirelessPower(A4WP)标准的支持成员之一。包括ATT、金霸王电池、星巴克、PowermatTechnologies、伟创力、美国联邦通信委员会(FCC)和能源之星原为该联盟。PMA的标准称为PowerMat,同样也是磁感应的方案,与Qi不同,其工作频率-kHz,目前传输功率仍在5W以下,等待新的标注推出。
A4WP是AllianceforWirelessPower的简称,由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建,该联盟还包括GillIndustries、PeikerAcustic和SKTele北京中科医院是怎么样小孩白癜风怎么治
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