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磁感应或磁共振,哪个更适合于无线充电?

作者:SiamakBastami时间:2013-05-21来源:电子产品世界

  摘要:是目前最主要的两种无线充电技术,本文分析各种技术的优缺点。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/145521.htm

  无线电源技术领域近期的活动引起了一些思考,采用什么样的解决方案才是理想的?对于消费类市场,(Magnetic Induction,简称 MI)或(Magnetic Resonant,简称 MR)都是备选方案。无论消费市场朝哪个方向发展,一个已知的事实是,无线充电必将得到采用。未来两三年内我们将会看到,在手机提供商的主要推动下,无线充电将开始向手机生态系统市场渗透。拥有强大生态系统的计算领域将紧随其后,使无线充电技术的采用进入下一个增长阶段。之后,无线电源技术很有可能扩展到支持手机和计算解决方案的基础设施中。未来的架构和解决方案中怎样运用无线电源技术,上述应用将仅仅是一个开端。

  关于无线电源技术的采用率及其潜在的总体有效市场(Total Available Market,简称TAM),已经有很多调查报告和市场研究了。提供准确的市场信息是具有挑战性的,因为采用率和技术选择是这些预测的关键参数。就技术而言,主要有两个流行标准:无线充电联盟(Wireless Power Consortium,简称 WPC)和电源事务联盟(Power Matters Alliance,简称PMA)。这两个标准都相当成熟,很多产品已经用在消费市场了。无线电源联盟(Alliance for Wireless Power,简称 A4WP)是第一个基于技术的标准。应该提到的一点是,英特尔的无线充电技术(Wireless Charging Technology)也是基于磁共振技术的,其定位是超级本及其自身生态系统。Power by Proxy、Witricity等其他技术已经在工业和军工行业中得到应用,现在也在向消费市场渗透。所有这些标准和解决方案都引起了一些疑问,例如,无线电源技术将向哪个方向发展?采用哪些解决方案是理想的?在我们能回答这些问题之前,很重要的一点是,要了解磁感应和磁共振技术的根本差别。基于这种了解以及应用/系统的要求,才能为给定应用选择合适的解决方案。  

 

  移动设备

  在消费市场中,移动设备正在率先采用无线电源解决方案。随着 LTE 技术的采用、通信速度的提高和带宽的增大,至少在未来几年内,使得移动设备不会受到任何限制。便利性是促使移动设备在消费市场普及的关键因素之一。手机、平板电脑、媒体播放器、移动电视等不同的移动设备需要不同接口连接器的各种适配器。为了给移动设备充电,人们却需要携带很多不同的连接器和适配器。拥有强大的支持性基础设施和生态系统的通用无线适配器,可以解决这些需求。在汽车、咖啡店、图书馆、餐馆、火车、飞机、办公室和会议室中提供无线充电,将满足人们所需的便利性。

  每两三年,移动设备都会升级,以改善外观,提升性能和功能。这种升级迫使功率需求、连接器和接口改变,因此通常需要新的适配器。这种改变和升级迫使现有适配器遭到淘汰或丢弃,造成浪费。消除各种不同的适配器和连接方式,改用标准的无线充电,将有助于减少电子产品浪费,并提升移动设备的环保品质。

  另一个重要因素是移动设备的技术升级,采用 1080P、3D 等显示技术就是一个很好的例子。移动设备会越来越多地采用高分辨率显示技术以提升所需性能,这类技术由具备多核 CPU 的高性能图形控制器所支持。越来越多的移动设备将会增加各种功能,例如集成3D GPS 解决方案、高性能视频和音频技术、NFC 技术、便携式电视、高性能游戏等。这些功能和需求大部分会要求设备的电池提供更大的功率。

  移动设备的能源一般是 Li+/聚合物电池组,从几年前开始,这类电池组的能量密度就饱和了。为了增大电池容量、延长电池寿命,在Li+ 的电池组领域,技术提高和转移开始向各种金属化方向发展,但是这些都无法跟上对电池组越来越高的功率需求。电池组的物理尺寸也必须很小,以满足移动设备的应用要求。但是单位体积的电池容量已经达到它的极限,解决方法或者是需要更大的电池容量,或者是更频繁地充电。在移动设备变得越来越小的同时,使用容量更大的电池会影响设备的尺寸和总体方案的成本。还应该提到的一点是,容量更大的电池需要更快速地充电,在保持电池生命周期和所需寿命的情况下,这可能导致电池发生化学方面的变化。对于这种情况,显而易见的解决方法似乎是更频繁地充电。

  我们周围任何使用电力的地方都有采用无线电源技术的潜在可能。对于给定应用而言,磁感应或磁共振,哪一种更好?为了回答这个问题,我们需要回顾一下这两种技术各自的基本原理。

  磁路

  磁感应和磁共振这两种技术的架构有很多相似之处。例如,二者都将磁场用作传送功率的桥梁。

  在这两种技术中,电流被引入进一个谐振电路,进而产生磁场来传送功率。磁路的规格对电磁场的形成有很大影响。利用电磁屏蔽和/或磁心的物理形状,可以抑制和/或引导磁通量。通过提高电磁屏蔽层的磁导率,可以改善通量密度和通量抑制。成本和厚度是选择合适的电磁屏蔽材料时考虑的关键因素。在电磁场场中接收和发送线圈的对准度以及二者之间的距离决定功率传输的效率;接收和发送线圈分离越远,功率传送效率就越低。还有其他一些因素对能量传送效率有很大影响,包括谐振频率、发送与接收线圈尺寸之比、耦合因数、线圈阻抗、趋肤效应、AC 和 DC 组件以及线圈寄生参数。

  随着x、y 和 z 分离度以及发送和接收线圈之间比例角的增大,损耗和效率将受到极大的影响。  

 

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