隨著便攜式媒體播放器、智能手機和平板電腦等電池供電的消費類電子設備的不斷普及，導致家裏到處充斥著大量不同的充電器和成捆的電線。以yi無wu線xian方fang式shi給gei設she備bei充chong電dian的de概gai念nian即ji沒mei有you任ren何he直zhi連lian線xian的de連lian接jie已yi經jing推tui出chu一yi段duan時shi間jian了le，現xian在zai正zheng迅xun速su提ti起qi人ren們men的de興xing趣qu，使shi之zhi更geng加jia靈ling活huo和he更geng加jia有you用yong。不bu過guo目mu前qian有you哪na些xie不bu同tong的de技ji術shu、工程師需要應付的設計挑戰又有哪些呢

？

 

由(you)於(yu)無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)充(chong)電(dian)線(xian)纜(lan)，給(gei)消(xiao)費(fei)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)有(you)許(xu)多(duo)吸(xi)引(yin)人(ren)的(de)地(di)方(fang)。也(ye)許(xu)應(ying)該(gai)說(shuo)得(de)更(geng)明(ming)白(bai)點(dian)，無(wu)線(xian)充(chong)電(dian)的(de)目(mu)的(de)是(shi)通(tong)過(guo)不(bu)同(tong)於(yu)有(you)線(xian)或(huo)連(lian)接(jie)器(qi)等(deng)的(de)創(chuang)新(xin)方(fang)式(shi)提(ti)供(gong)給(gei)設(she)備(bei)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)的(de)新(xin)途(tu)徑(jing)。

 

無線充電方式在諸如電動牙刷等許多消費設備中已經非常流行
，其中最主要的一種方法是基於麥克斯韋定律的感應方法，即來自某個線圈的de磁ci場chang變bian化hua會hui在zai另ling外wai一yi個ge與yu之zhi耦ou合he的de線xian圈quan中zhong產chan生sheng電dian流liu。雖sui然ran使shi用yong磁ci場chang的de感gan應ying方fang法fa適shi合he類lei似si上shang述shu這zhe樣yang的de許xu多duo小xiao設she備bei，但dan在zai平ping板ban電dian腦nao和he智zhi能neng手shou機ji等deng更geng加jia現xian代dai的de消xiao費fei電dian子zi設she備bei中zhong使shi用yong這zhe種zhong方fang法fa麵mian臨lin著zhe諸zhu多duo工gong程cheng設she計ji挑tiao戰zhan。

 

隨著饋送給電池的功率的增加，相對效率或擺放耦合線圈的靈活性要求也會提高。這種感應方法的主要考慮因素是如何控製產生或"發送"能量並使用感應磁場傳送給"接收"設備的信號所產生的電磁幹擾（EMI）。接收設備隨後將磁場能量轉換為電能再給電池充電。Wi-Fi
、藍牙、近場通信（NFC）、蜂窩係統和調頻廣播是眾多無線語音和數據連接方法中的一些例子
，它們可能都會受到這種電磁場的幹擾。

 

dangran，lingwaiyigekaolvyinsushishigonglvchuanshuxiaolvjinkenenggao
，jishizaigenggaogonglvdianpinghegengkuanbaifangwuchadengtiaozhanyueshutiaojianxia。zaiguoqujinianzhong，yejieduiyuruheshixianganyingchongdianjishutichulexuduoxindexiangfa，danguibiEMI影響的進展不像期望的那樣順利，因為達到EMI兼容需要付出艱巨的努力。

 

最近這方麵的挑戰得到了進一步發展，這得感謝無線充電聯盟（WPC）的不懈努力。WPC是美國消費電子（CEA）組織的一項行動計劃，目的是鼓勵進一步研究開發

，使無線充電更加引人注目，從而得到更大消費群體的青睞。

 

ganyingfangfadelingwaiyigezhongsuozhouzhideyueshutiaojianshixuyaojingquedipeiduichongdianqihebeichongshebei，zhekeyiyongdiandongyashualizilaihenhaodimiaoshu。chongdianqijibanshangyouyigexiaota，congfangzhidaichongdianyashuadejibanshangshengchulai。shiyongzhezhongfangfakeyishilianggexianquanwanmeipipei
，yiquebaocinengdechuanshu。renheshaoweidebuduiqidouhuiwanquandiushigonglvchuanshunengli。zaishiyongzhuruzhinengshoujihuopingbandiannaodengyaoqiushaodagonglvdianpingdeqitashebeishi
，zhezhongshiyongfangfaxianranhenbufangbian。zuihou，cunzairuhejiejuedianresunshidewenti。chongdianqigonglvyuegao
，reliangsunshiyueda。zheduiwendugaodumingandelilizidianchilaishuogengshigewenti，henkenenghuizaijintianwaixinggaodujincoudexiaofeidianzishejizhongchanshengyuanjianyingli。

 

使shi用yong電dian容rong架jia構gou是shi可ke以yi代dai替ti磁ci場chang無wu線xian充chong電dian的de另ling外wai一yi種zhong無wu線xian充chong電dian方fang法fa

，這zhe種zhong方fang法fa的de原yuan理li類lei似si於yu電dian場chang的de麥mai克ke斯si韋wei定ding律lv。這zhe種zhong概gai念nian已yi經jing被bei村cun田tian公gong司si采cai納na
，並bing被bei廣guang泛fan引yin入ru新xin的de設she計ji。該gai公gong司si的de做zuo法fa是shi使shi用yong準zhun靜jing電dian電dian場chang並bing通tong過guo電dian容rong傳chuan輸shu能neng量liang，這zhe種zhong電dian容rong則ze是shi由you屬shu於yu物wu理li上shang分fen開kai的de器qi件jian的de兩liang個ge電dian極ji組zu成cheng。將jiang這zhe兩liang個ge器qi件jian彼bi此ci靠kao近jin就jiu能neng形xing成cheng一yi個ge電dian容rong陣zhen列lie，並bing用yong來lai傳chuan輸shu能neng量liang。圖tu1a顯示了這種方法的基本原理。

　圖1a：無線功率傳輸中發送器－接收器對原理。

圖1b：圖1a所示發送器－接收器對的等效電路。

 

使用兩組電極或極板就可以通過靜電感應實現能量的傳輸。充電器或"發送器"和便攜式設備或"接收器"yonglaiyouxiaodizaizuchengdianrongdeheshichicunjinshubiaomianjianshixianzongxiangdezhunjingdianouhe。qizhongqudongdianjihuozhudongdianjiyaobilingwaiyigedianjixiao，shangmianshijiadedianyajiaogao
，lingwaiyigedianjizeshibeidongdianji，chicunjiaochang，shangmiandedianyajiaodi。dangranzhengchangqingkuangxia，dianrongchuanshudenengliangshihenxiaode，zheyudianjimianjixiaoyouhendadeguanxi。yinci，weilemanzugeixiaofeishebeichongdiansuoxudegonglvshuiping（例如從5W至25W），需要增加電極尺寸和耦合的電壓值
，具體取決於實際的配置。

圖2a顯xian示shi了le采cai用yong電dian容rong傳chuan輸shu能neng量liang的de充chong電dian器qi方fang法fa例li子zi框kuang圖tu
，其qi中zhong使shi用yong的de接jie收shou器qi和he發fa送song器qi模mo塊kuai是shi村cun田tian公gong司si最zui近jin開kai發fa出chu的de新xin產chan品pin。這zhe種zhong模mo塊kuai化hua方fang法fa允yun許xu工gong程cheng師shi集ji中zhong精jing力li開kai發fa耦ou合he區qu的de電dian極ji設she計ji，從cong而er有you助zhu於yu快kuai速su開kai發fa出chu無wu線xian充chong電dian功gong能neng。通tong過guo靜jing電dian方fang法fa傳chuan輸shu的de能neng量liang大da小xiao直zhi接jie正zheng比bi於yu所suo使shi用yong的de頻pin率lv。因yin此ci用yong更geng高gao的de頻pin率lv驅qu動dong電dian極ji對dui可ke以yi使shi設she計ji處chu理li更geng高gao的de功gong率lv。然ran而er，各ge個ge國guo家jia對dui所suo使shi用yong的de頻pin率lv和he電dian場chang強qiang度du都dou有you限xian製zhi規gui定ding。實shi際ji上shang這zhe種zhong配pei置zhi可ke以yi形xing成cheng一yi種zhong非fei常chang有you效xiao的de天tian線xian結jie構gou，因yin此ciEMI因素通常會限製設計的靈活性。為了實現耦合電極之間的無線收發、同時盡量減小對外的輻射量，需要進行正確地設計。因此需要進一步理解和確定正確的電極尺寸、它們的設計、工作電壓、功率值、最佳工作頻率和總的尺寸約束條件。一般情況下，理想的頻率範圍在200kHz至1MHz之間，有效耦合區的電壓值在800V至1.52kV之間。

圖2a：電容傳輸充電器框圖。

 

圖2b表明，對於一個滿足EMI兼容要求的10Wchongdianqilaishuo，fasongzhijieshoudianrongouheguochengzhongcunzaidianyabushenghebujiangxianxiang。caiyongmokuaihuajiagoudeshejigainianyunxuzhuangzhizhizaoshangjiangmokuaiyongzuoheihezi
，congerfangbianfasongqihejieshouqidejicheng。fasongqishejifugaidaodianyuandelianlu、wuxiannengliangchuanshudekongzhiyijigenjuweizhilinghuoxingmubiaoduirenhewaixingdezhudongouhedianjidekongzhi。zaijieshouqice
，dianchijiekoujuedingleshejiruhecongzhudongouhedianjiquyutongguoxiabianpinmokuaizhengquedijieshougonglv。youyubianxieshishebeizhongshiyongdedianchizhongleifeichangguangfan，suoyidianlujiekoudebiaozhunhuashejidaibiaozhexiangfeichangfangbiandeshejimaichuleyidabu，tongshiyeyaokaolvdaogengjutiaozhanxingdegainian
，birugengkuaidechongdiansudu。zhuyaodeyiyuoumengweiyuanhuichixushijiadeyali
，weixingUSB5V充電接口正在成為歐洲所有移動手機的標準。

圖2b：電壓步升和步降是10W充電器中發送至接收電容耦合過程的一部分。

 

與感應方法相比
，使用準靜電傳輸的關鍵優勢之一是，待充設備在充電基座（或充電托盤）上的位置要求不是那麼嚴格。通過x-y（表麵）方向的精心設計
，當接收器遠離發送源時，仍能保持高效率且曲線相對平坦的能量傳輸，對任何設計（即使是有線充電器）來說效率典型值為80%左右，因此具有非常高的位置容差性能，而z（高度）仍然是最具挑戰性的設計參數。

 

lingwai，shiyongbianpingfangxinghuojuxingdezhuomiantuopanhuojiejinchuizhidejiexujiaziyunxuyirenhefangxiangbaifangchongdianshebei，buyidingxuyaohenjingque。ciwai
，youyuzhuyaodezhudongjieshoudianjikeyiyoujiandandebotongbodajian（這種銅箔的厚度在幾個微米數量級
，嵌入在塑料覆蓋材料中），因此將它集成進消費設備要比集成功率感應器簡單得多。

 

如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)，靠(kao)近(jin)電(dian)池(chi)的(de)熱(re)量(liang)傳(chuan)遞(di)對(dui)感(gan)應(ying)方(fang)法(fa)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)個(ge)嚴(yan)重(zhong)的(de)問(wen)題(ti)。然(ran)而(er)，作(zuo)為(wei)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)配(pei)置(zhi)中(zhong)能(neng)量(liang)載(zai)體(ti)的(de)電(dian)場(chang)不(bu)會(hui)有(you)任(ren)何(he)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)。由(you)於(yu)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)直(zhi)流(liu)流(liu)動(dong)，因(yin)此(ci)耦(ou)合(he)區(qu)不(bu)存(cun)在(zai)發(fa)熱(re)問(wen)題(ti)：suoyouzuxingsunhaojichengzaimokuaihuoqudongqidianluzhong，ouhequyidiandoumeiyou。yincizhuangzhizhizaoshangzaijiangweixingmokuaijichengjinzhuangzhizhongshijuyougengdadeshejilinghuoxing
，tongshizaiouhesheji

、功率電平和想要達到的定位容差方麵具有很大的設計自由度。

 

考慮到上述所有這些挑戰因素
，電容耦合式無線能量傳輸可以實現更高的功率傳輸
、更大的定位靈活性

，還能滿足EMC一(yi)致(zhi)性(xing)要(yao)求(qiu)，同(tong)時(shi)可(ke)以(yi)向(xiang)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)更(geng)大(da)的(de)設(she)計(ji)靈(ling)活(huo)性(xing)。總(zong)的(de)來(lai)說(shuo)
，電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)式(shi)無(wu)線(xian)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)將(jiang)極(ji)大(da)地(di)鼓(gu)舞(wu)製(zhi)造(zao)商(shang)集(ji)成(cheng)以(yi)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)給(gei)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)充(chong)電(dian)的(de)功(gong)能(neng)。