物联网设备的无线充电技术解析

　　物联网将会成为自互联网诞生以来，最具革命性的进展，众多的预测机构也都对物联网的前景保持乐观，它们认为：未来几年后联网的设备数量将会达到百亿级别甚至更多。

　　毫无疑问，以后普通消费者的日常生活中将会充满形形色色的联网设备。由此，设备续航能力开始变得尤为重要，尤其是对于那些不方便连接电源的设备，例如可穿戴产品、交通工具等等。

　　相信那些智能手环与手表的使用者对此深有体会。近两年，无线充电技术越来越受到关注与重视，因为它将能够很好的解决设备续航能力的问题。

　　接下来小编就将目前的无线充电技术的具体情况汇总整理给大家。

　　1.应用现状

　　随着智能手机和智能硬件呈铺天盖地之势来袭，充电已经成为比钻石还硬的刚需。

　　

　　现在有很多公司正致力于通过无线设备让手机时刻保持充电状态。无线充电技术是对能量转换方式的大革新，便携设备无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚。然而，从尼古拉？特斯拉首次传输电力至今已经超过100年，但我们依然未能释放能量转换的全部潜力。

　　2015年无线充电板等发射端设备呈现飙升态势，穿戴式装置是带动2015年无线充电发射端装置出货量成长最主要的动力来源。接下来几年，可以想象笔记型电脑将开始支援无线充电接收功能，公共场所布建无线充电发送设备的需求将出现快速成长，越来越多消费者在日常生活中使用无线充电技术。

　　2.现有技术分析

　　100年前尼古拉？特斯拉发明了“特斯拉线圈”，通过空气传播电力，开启了无线式电力传播的时代。在无线充电技术尚未大面积普及的今天，我们不妨先将它粗暴地分为近场和远场充电两大类。

　　近场

　　近场无线传输的方式有很多，如电磁感应、磁共振、电容耦合、磁力耦合等等。前两个应该是目前市场上最常用的技术。

　　电磁感应（电感性耦合）

　　它使用导线线圈之间建立的磁场实现电能的无线传输。当电流流经发送线圈时，它会产生一个磁场，进而在接收线圈中感应出一个电压。线圈耦合得越好，电能传输得就越好。

　　如应用于手机背部、牙刷底部和充电底座集成线圈，产生磁场，两个线圈的相互作用能够传输电流，从而实现无线充电。

　　磁共振（共振感应耦合）

　　这种方法利用共振现象在一定空间内无线传输电能，其原理与电磁感应是相同的。发送器和接收器线圈以相同的频率振荡（或共振），共振感应耦合可使能量以高强度进行传输。

　　消费领域的主要无线充电标准大多依赖于上述两种方法，不过这项技术的缺陷在于传输距离较短，所以很多支持无线充电的手机，需要较为精确地摆放在无线充电底座上，才能正常充电，比起有线充电的稳定和用户粘度，它并未在消费者群体中显示出多大的优越性。

　　近场较为成熟的技术标准主要有：无线充电联盟的Qi、4AWP以及PMA三大标准。

　　Qi标准的创立者WPC联盟一直致力于开发一种全球统一的无线充电技术标准。目前有200多家公司提供的800多种产品都支持Qi标准。联盟管理成员包括LG、高通、三星、TI、东芝和Verizon。

　　Airfuel联盟是个全球性生态系统，是PMA联盟和A4WP联盟合并的结果。这一合并之举加速了未来消费者无论到何处，设备充电将具有互操作性、便利性的愿景实现。组成联盟董事会的公司有AT&T、英特尔、安森美、Powermat、三星和WiTricity。

　　远距充电系统

　　相较于近场充电系统，远距充电系统将能量从功率集线器传递至特定设备的方法更为多元，蓝牙、Wi-Fi、超音波和红外线等都曾被试用过。

　　首先说说Wi-Fi，就在去年，美国华盛顿大学已经成功研发了利用WiFi网络给硬件设备充电的技术。这个团队在大约十米的WiFi覆盖距离内给数码相机等设备完成充电，未来可应用于手机充电。据悉，这个团队研发的是一个“WiFi供电系统”，这个系统由WiFi接入点（路由器）和定制的充电传感器组成。

　　这个充电传感器安装在硬件设备上，主要用来接收射频信号（RF）中的电能，然后将射频信号转化为直流电进行充电。除了上述硬件外，该团队还研发了一套软件方案，该方案可让路由器在传输数据的同时为外部设备供电。那么问题来了，用于WiFi传输的数据和充电的信号会不会存在干扰呢？研究团队表示，他们已经有特定的解决方案来防止两个信号之间的干扰。例如在路由器和传感器上做出相应的优化，两大信号的传输可以互不影响。

　　而基于射频（RF）的系统如WattUp、Cota，均使用一个或多个天线广播能量并进行通讯。例如，Cota无线充电技术实际上是使用现有的Wi-Fi和蓝牙天线来实现数据通讯和接收无线功率，然后将这些微讯号挹注到电池的充电电流。

　　以uBeam为代表的超音波系统中，路由器中的讯号产生器负责产生电讯号，经过处理产生超音波，经过聚焦便会产生充电电流。然而这对系统和设备的要求比较高：必须具备高效率，并且能承受大能量讯号

　　Wi-Charge则专注于将红外线转换为电力。发射端透过雷射二极管向接收器准确地射出红外线光束，接收器中的太阳能电池则负责将红外线光转换回电能。

　　最近的突破当属Energous，做到了无线充电距离目前最远。它利用射频电波将无线电波转化成蓄电池电力，配有特殊接收器的无线装置就可以将电力从空气中抽离出来，为放在钱包、口袋或任何地方的手机充电。这种技术目前还存在局限性，因为它只能为嵌入芯片的小型设备充电，而且这些设备需要与Miniature WattUp发射机直接接触。

　　无线充电系统实作应注意五大重点

　　相较于有线充电，无线充电系统在先天上有许多变数，若突破不成反成绊脚，那实在遗憾。所以一些改变必须取舍有度：

　　1.移动性 在无线充电系统的实作中，定位和跟踪多个移动接收器的能力至关重要。必须考虑用户应能随意移动而不会丢失讯号。

　　2.辐射安全 射频安全性取决于在不损害人类健康的前提下，人体可以承受的照射量，通常是以吸收率（SAR）用来定义这个极限值。消费类产品的安全性要求其实相当严格，因为它关乎能否让消费者建立安全感，不能只以通过安全规范为目标来设计。

　　3.系统干扰 无线充电系统基于高频率开关讯号，必须具备预测噪讯来源的能力，包括充电系统本身的噪讯和系统外部的噪讯。

　　4.成本 在成本方面，需要考虑的两项因素是电源成本和传输效率。美国每年的电池使用量高达29亿颗，若无线充电普及，将具有避免数百万颗电池被投入垃圾掩埋场的潜力。

　　5.非接触唤醒 如何为完全没电的设备进行无线充电？是否要用到有线和无线两种技术的融合？这是原理设计不能跳过的问题。

　　3.落地困难

　　无线充电技术的落地困境和智能家居遇到的窘迫简直是异曲同工，惺惺相惜。一个字，乱。

　　虽然无线充电技术在近年来被广泛关注，但至今仍未真正在消费电子领域普及。虽有巨头大佬们对无线充电技术的布局和研发，市场的冷淡却表明，从尝试到大规模商用还有几段坎坷。

　　一是市场产业链混乱，二是技术标准纷杂，有待统一。

　　快速发展的无线充电市场迫切要求制造商和开发商为设备间互操作性制订全球统一的无线充电标准。显然，标准不统一是目前无线充电技术难以进一步普及的一大瓶颈，供应商在他们的产品中采用这些技术的步伐非常缓慢。毕竟大部分消费者并不喜欢繁琐和零碎的操作体验。不过，许多厂家都已推出支持双模无线充电标准的产品，多一个选择同时也可能是最好的解决方案。

　　一旦在这场无线标准之争中明确胜者，那么这个市场将很快形成数十亿美元的通用无线充电器业务

　　4.未来展望

　　2016年也将是无线充电应用多元化的关键年。可客观预测，支援无线充电功能的笔记型电脑将在2016下半年问世，并带动相关充电设备需求。

　　

　　未来，整个行业希望看到类似Wi-Fi那样拥有超远传输距离、稳定性更好的无线充电技术，但仍面临一些技术障碍以及通信信道的监管问题。所以，无线充电在短时间内仍是消费电子领域的配角，发展壮大尚需时日。

　　无线充电技术既方便又好用，而且打破了空间上的限制，因此用户们可以利用一台发射器同时给多台设备充电，而且对充电设备所处的位置也没有特别的要求，这将会给接下来的生活带来更多的便利。可以看到，虽然目前这项技术还存在有诸多的问题，但是，相信在物联网的需求刺激之下，这项技术将会与人们的日常生活走得越来越近。