无线或感应充电

智能手机被置于充电座上,就会自动充电——这就是无线充电。这种方式简单便捷,不再需要费力插拔充电线。那么,无线充电的工作原理到底是什么?适合在哪些地方使用呢?

如今,无线数据传输几乎已渗透到世界的所有角落——不论是使用智能手机看电影、读信息,还是和朋友聊天。然而,这种无线化娱乐常常由于手机电量耗尽在几个小时之后就被迫结束。

当老款智能手机还必须借助电缆连接充电器时,许多新款智能手机已实现了无线充电。在进行无线充电时,你只需要把手机放到充电座上,就像给电动牙刷充电一样,其两者的差异在于前者在充电过程中损耗的电能更多。而现代半导体技术可以解决这个挑战,如高效的单片机和功率模块。那么,无线充电的工作原理到底是什么?它有哪些要求呢?

无线充电的工作原理

与其名称不同,无线充电并非完全不需要电缆,充电座仍然需要通过电源线与插座时刻保持连接。只是智能手机的充电是无线的,它只需要被放置到充电座上。充电座内有一个通交流电的线圈,线圈通电可产生磁场。当智能手机处于该磁场中时,就会充电。总的来说,我们需要区分感应充电和谐振充电这两种充电类型。

何为感应充电?

智能手机的接收器部分设有一个线圈,线圈基于感应原理,可以通过相邻金属片中不断变化的磁场产生电流。

电磁炉就是通过这种方式运作的:电磁炉的线圈产生不断变化的磁场,该磁场产生电流,电流经过锅底产热。

在智能手机中,快速变化的电流通过相应的电路被转换成均匀的电流,然后给智能手机电池充电。

何为谐振充电?

谐振充电是无线充电的一种延伸形式。在谐振充电中,充电座线圈与设备线圈之间有一个或多个谐振电路。这些电路由电容器和线圈组成,可为适应相关应用而进行精确调整。

相比感应充电,谐振充电具备许多优势:

  • 谐振充电一次可为多台设备充电
  • 谐振充电不要求设备必须被精准地放置到充电座上
  • 谐振充电可令充电座与设备之间的距离更远
  • 谐振充电更高效,可令电池获得的电能增加

虽然谐振充电具备如此多的优势,但相比感应充电它更加复杂。譬如,它需要更多的组件,因而在实际应用中成本更高。

无线充电应用

除了智能手机,越来越多的设备也开始采用无线充电,其中包括:

  • 智能手表、蓝牙耳机和其它可穿戴设备
  • 笔记本和平板电脑
  • 电动工具(无绳电动螺丝刀等)
  • 服务机器人(如吸尘器和割草机)
  • 电动玩具和无人机

对于以上应用,无线充电具备许多优势:

  • 更加简单、便利
  • 充电座若始终被放置于固定位置,充电时就无需再寻找充电线
  • 公用充电座,如快餐和咖啡连锁店某些门店的桌子上安装的充电座,可方便您在外出时给智能手机充电
  • 减少使用手机充电借口,可减少其磨损
  • 若智能手机不再需要充电接口进行充电,可降低水分和灰尘进入手机的风险;因为充电接口往往是导致这种损害产生的风险所在

无线充电的其他应用

在医疗领域,无线相比有线充电更加卫生,因为无充电插座的设备更容易消毒。此外,无线充电也避免了满地电缆存在的绊倒风险,尤其在医院等需要使用许多设备的地点。因此,无线充电能够进一步改善医疗领域。

最后,电动汽车也可以采用无线充电。但它需要传输的电能更大。

再回到智能手机:无线充电需要什么?很简单: Qi 充电器。

何为 Qi 充电器?

有了无线充电,用户就不再需要为不同的智能手机配备不同的充电器。因此,针对相关标准设立的探讨很早就已经进行了。目前看来,针对感应充电的Qi标准或许很快就能够确立下来。

Qi – 一种国际标准

“气(Qi)”在中文里象征着循环的生命力。该行业标准由无线充电联盟( WPC)制定,三星和苹果等公司都属于WPC的成员。Qi标准规定了充电座和充电设备必须满足的技术条件。例如,任何Qi充电器都应该可以为支持Qi的智能手机充电。

例如,以下设备支持Qi标准:

  • 三星 Galaxy S6和Galaxy Note 5
  • 苹果的 iPhone 8和iPhone X

老款智能手机可以通过特殊的手机外壳或贴纸进行升级。

Qi充电座在汽车和家具中的应用

标准化能够开创全新的可能性,如把感应充电座整合到汽车和家具中。目前,可与汽车点烟器相连的充电座已经很常见。同时,越来越多的汽车制造商已开始将充电座整合到汽车中。

宜家已经在销售集成有感应充电座的灯具,还出售用于升级不支持Qi标准的智能手机的手机外壳。

如何使用感应充电座?

把智能手机放到充电座上时,必须确保放置的位置足够精准。只有当智能手机的线圈恰好位于充电器的线圈上方时,充电过程才能顺利进行。如果两个线圈相距太远,充电过程就会中断。

为了避免这个问题同时防止手机滑动,大多数充电座的接触面板都是采用防滑材料制作的。部分充电座甚至利用磁铁来将智能手机固定在正确位置上。

无线充电技术的改进

此外,仅仅保证位置的正确通常还不够。智能手机被放置到充电座上时,最好拿掉手机壳——虽然目前大多数充电座都能允许手机带着几毫米厚的外壳进行充电了。

有些充电座有多个线圈,这可令智能手机在充电器上的放置位置更加灵活。此外,也有充电座可以允许智能手机和智能手表等多种设备同时充电。然而,这种充电座比那些只有一个线圈的充电座昂贵很多,目前主要被使用于汽车中。

目前,无线充电比有线充电的速度要慢一些。大多数充电座的功率是5瓦,而有线充电器的功率为10瓦以上。不过,Qi标准已经可以支持高达15瓦的快速充电。第一批支持这项功能的智能手机已经上市。

根据充电座的不同,智能手机在充电时可能只能在一定的范围内进行移动。这会限制在充电时能够使用的手机功能。但也有只需按一定角度放置手机的充电座,这样就可以在充电的同时观看电影。

如果为了查看电池的充电状态而从充电座上取下智能手机,充电过程就会中断。为了避免这种情况,许多充电座利用LED指示充电状态,让用户无需移动或移除设备就可以了解充电状态。

无线充电是否存在风险?

由于充电座是屏蔽的,磁场的范围其实非常有限,或者说方向非常固定。此外,如果是智能手机,磁场强度就会相对很弱,且只在手机充电时才会存在。

临近的金属材质物品也可能存在风险:它们进入充电线圈的磁场中时,温度会逐渐升高,其原理类似于电磁炉。但“智能”充电座已经能够解决这个问题,它们能检测到智能手机和接触面板之间的异物,然后停止充电。

无线充电是未来趋势

可以进行无线充电的设备数量正在不断增加。据IHS Markit调查显示,无线充电市场在2018年继续保持增长势头。2018年,全球所有应用和产品类别的无线充电接收器和发射器的销量总计达到6亿台,比上年增长37%。IHS Markit预测,到2023年,全球的出货量将达到大约21亿台。

随着快速充电方式选择的增加,用户的接受度也日益增长。以智能手机为首的许多设备都将能实现无线充电,如耳机、智能手表、健身追踪器,以及起搏器等低功耗的医疗设备。随着快速充电的不断发展,充电功率未来还有可能进一步提高。

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