无线充电原理分析

无线充电技术(Wireless charging technology;Wireless charge technology )，源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应式，如对手机充电的Qi方式，但中兴的电动汽车无线充电方式采用感应式 [1] 。大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

随着用电设备对供电质量、安全性、可靠性、方便性、即时性、特殊场合、特殊地理环境等要求的不断提高，使得接触式电能传输方式越来越不能满足实际需要。 无线充电器是利用电磁感应原理进行充电的设备，其原理和变压器相似，通过在发送和接收端各安置一个线圈，发送端线圈在电力的作用下向外界发出电磁信号，接收端线圈收到电磁信号并且将电磁信号转变为电流，从而达到无线充电的目的。无线充电技术是一种特殊的供电方式，它不需要电源线，依靠电磁波传播，然后将电磁波能量转化为电能，最终实现无线充电。

手机无线充电是一种新的充电方式，没有数据线的支撑，隔空充电。大多数人会有这样的疑问：无线充电为什么不需要数据线?它的充电原理是怎样的呢?

目前无线充电方式主要有4种：

01电磁感应无线充电

这种充电方式需要在手机和充电平台里各安装一个线圈，当通电时，充电平台里的线圈会产生交流电，这时候手机如果与它靠近手机里的线圈发生电磁感应，线圈就开始作业，将电磁能转化成电能，再通过装置转为直流电以完成手机的充电。这一种充电方式所要求的电路结构比较简单，成本也不会太高。但是，这种充电方式存在一个缺点，那就是传输的距离过短，如果手机摆放的位置不对，就很有可能充不上电，或者充电速度特别缓慢。

02磁场共振式充电

电磁共振也需要手机和充电平台的相互作用，需要两方的谐振器产生一个磁场共振，实现能量的转化。显然这种技术不需要手机和充电平台的接触，只需要让两者的LC谐振频率保持一致就可以了，这样即使相隔一定距离，也可以进行无线充电，适用于距离比较长的传输。不过缺点在于充电的效率会比较低。

03无线电波式充电

这种充电方式是在供电方上配置一个可以进行无线电波发射的设备。当然，有了一个发射设备，就必须要有一个接收设备，以一种直流电压输出和输入的方式进行充电。这种充电方式虽然电流传输速度快，但是稳定性和安全性都很低，研发的成本也很高。

04电场耦合式无线充电

原理是通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。这种充电方式转换率很高，两者的位置也可以不用固定，但有一个很大的缺点，那就是需要设备的体积更大，功率也特别小。

这4种充电方式中，目前电磁感应这种方式技术更为成熟，充电效率更高，再就是它的电路结构比较简单，所以现在我们手机无线充电广泛运用的就是第一种方式。

无线充电就是不需要像传统充电器一样经过线缆传输电到设备里，只需要将设备和无线充电基座进行接触，就能进行充电。因此无线充电也可以称作感应充电或非接触式感应充电。

我们常见的用于给手机或者手表之类移动设备充电的基座这一类无线充电通常是近距离接触充电，在其他领域的无线充电，距离是可以更大的。

其实无线充电技术已经存在了100多年了，但是直到被苹果公司运用在iPhone8只有的机型上，这项技术真正进入大众眼中，也开始迅速普及

早在1894年，尼古拉·特斯拉(这位兄弟非常牛，特斯拉汽车公司的命名也是为了纪念他)就展示了磁共振耦合(Magnetic Resonant Coupling)，就是两个电路之间产生磁场来通过空气传输电

直到1978年，美国发明家约翰·乔治·博格尔开始尝试给电动汽车进行无线充电。在那之后又有无数尝试和发展，我们就看几个：

2009年1月，WiPower公司制定磁共振标准“A4WP”，支持高达50W的功率传输，距离可达5厘米，功率传输频率为6.78 MHz。

2010年7月，无线电力联盟(WPC)制定磁感应标准“Qi”。制定了5W或更小的移动终端的标准

2012年1月，IEEE发布根据IEEE标准协会(IEEE-SA)的PMA磁感应标准，行业组成电力事务联盟(PMA)。该标准与Qi相似，主要建置一套安全，节能的感应电源标准，并进行智能电源管理

2015年9月，A4WP与PMA无线充电组织合并成AirFuel Alliance，推动统一无线充电标准

直到现在，无线充电的标准只剩下两个：

Wireless Power Consortium (WPC) 的 Qi标准

AirFuel Alliance (AFA) 的 AirFuel Resonant(A4WP标准)和 AirFuel Inductive(PMA标准)

无线充电原理我们来探究一下无线充电原理。

首先需要一点基础物理，就是【电生磁，磁生电】，简单说就是电和磁场在一定条件下其实是能够互相转换的。无线充电就是基于这样一个理论来实现的，就是在无线充电基座(发射器)里将交流电转成磁场输出，而设备(接收器)再将磁转成交流电给设备使用。这样一个过程就实现了无线充电

前面时候说到，在无线充电领域的主要三个组织：

拥有Qi标准的WPC

PMA

拥有Rezence(5cm)标准的A4WP

后两者因为有合作协议，所以实际上就是两个组织了，WPC和AFA。其中WPC的Qi标准是基于电感式(Induction)，而PMA研究方向也是电感式，至于A4WP则是共振式(resonance)。

无线充电效率

无线充电现阶段的效率一般为70%左右(大部分为65%~75%)，根据不同的充电器和发射器设计的好坏会有一些差异。如果把发射器和接收器分开来看，一般发射器效率为80%左右，接收器效率为90%左右，整个效率70%左右。这里的效率一般指提供500mA左右电流时的效率，此时也为最大效率的情况。