【了不起的芯片】无线充电：手机和汽车都说“真香”！

 

 

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这一期，我们聊一聊无线充电的原理。

 

▲点击观看视频：无线充电到底是什么原理？

 

 

无线充电，可谓是懒人之光。

 

如果你的家里有无线充电设备，那么从此你就再也不用每年等待购物节批发数据线，囤一堆type C转type C、USB转type C。

 

如果你的车上配备了无线充电功能，那么从此你就可以摆脱从线“网”中找中控按键的日子，从此看清内饰，还自己一台整洁的车。

 

如果你订的酒店有自带无线充电的床头柜，那么至少这一天你可以不用为今天到底应该带哪个头的线这样的“豪赌”买单，闷头睡一觉，第二天醒来电力满满。

 

谁用了无线充电，不说一句：真香！ 

 

相比于普通数据线进行充电，无线充电省去插拔数据线的操作，只需把电子设备在指定区域，就能开始充电。这究竟是如何实现的呢？

 

实现无线充电技术主要通过四种方式：电磁感应式、磁场共振式、无线电波式、电场耦合式。

 

目前最为主流的就是电磁感应式。原理和居民楼外面挂着的变压器一样：电生磁，磁生电。只不过无线充电是把变压器一劈两半，电生磁的部分给充电器，磁生电的部分给电子设备，例如手机。

 

除了电生磁的线圈，充电器中还有一些芯片也在无线充电的过程中起到了重要的作用：功率芯片和主控芯片。前者的主要功能是把直流电转换成能够产生变化磁场的交流电；后者是一块单片机，主要负责无线充电协议的处理。

 

由此，我们可以梳理出电磁感应无线充电的整个工作流程：首先由芯片和一系列外围部件把来自USB端口的直流电变成交流电，通过线圈，形成磁场；磁场穿透充电器和手机的外壳，在手机内部的线圈感应出电流，完成能量的传输。

 

电磁感应式的无线充电器无论是芯片还是整机，设计和制造门槛都不高，市场竞争非常激烈，价格也越来越便宜。目前小功率充电场合，例如手机、平板电脑等，都普遍使用这种充电器。但缺点是充电设备需要对准位置才能充电，且由于金属会屏蔽电磁，因此对外壳材质有一定要求。这也是为什么现在市面上配备无线充电的智能设备其实都不是金属机身的，无线充电器的背盖，也因此多采用陶瓷、塑料、玻璃材质。同时，电磁转换会有明显的损耗，无线充电的效率必然会低于有线充电。

 

第二种无线充电技术是磁场共振式，则是得益于尼古拉·特斯拉而实现的。1890年，他通过自然的共振效果，发明 “特斯拉” 线圈，让普通的电压升高以达到上百万伏的高频高压效果并在第二年建塔，横跨大西洋向全球输送电能。它的原理是通过设备两端与谐振器产生同频磁场进而实现了共振产生电能。虽然磁场共振式可以让无线传输距离更长，但由于效率很差，随着科技的发展，它在现代社会中已逐渐被其他方式替代。

 

第三种无线电波技术则是另一种比较有名的方式。即受电设备直接捕捉电磁波而获得能量。最早那种不需要电池就能收听到广播的“矿石收音机”，就是这个原理。无线电波充电不需要充电端和受电端紧贴在一起，然而它的优点也成为了它的缺点：如果为手机这种相对较大功率的设备充电，那么“充电器”的体积和电磁辐射污染都是不可接受的。如今这种“充电技术”应用最多的地方是……微波炉。

 

第四种电场耦合的原理，和交流电能够通过电容器的原理非常近似。由于电容器内部不是导体，所以如果把电容器拆开，一半给充电器，一半给受电器，四舍五入就得到了一个“无线充电方案”。既然是电容器，那么“无线充电”的两端就要求覆盖面积大且距离小，所以很难用于手机等小体积场合。目前该充电方式主要用于铁路、无人机、工程电机等。

 

如今针对于手机等无线充电的技术已经趋于成熟稳定，市场也逐步规范。但针对新能源汽车等大型移动用电设备的“无线充电”技术，仍然处于紧锣密鼓的研发阶段。未来如果有成熟的方案广泛落地，那必将是广大新能源车主的福音。