摆脱线缆束缚 无线充电产业大起底

2017-04-29 03:16     来源： ittbank

导读：  随着物联网、可穿戴和便携式设备的发展，消费者开始厌倦杂乱的电缆和需要频繁充电的电池。无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚。当前市场上各种各样的近场、远场充电无线技术，其中包括感应式、谐振式、超声及红外线充电等等，这些技术都需要遵循不同的标准，也需要不同程度的折中。

OFweek电子工程网讯 随着物联网（IoT）、可穿戴和便携式设备的发展，消费者开始厌倦杂乱的电缆和需要频繁充电的电池。无线充电的优势远远不止于摆脱线缆的束缚。当前市场上各种各样的近场、远场充电无线技术，其中包括感应式、谐振式、超声及红外线充电等等，这些技术都需要遵循不同的标准，也需要不同程度的折中。随着爆料iPhone8将引用无线充电技术，人们对无线充电技术的激情越来越火热，预计无线充电技术将出现急剧增长。

无线充电技术原理（下面介绍主流的四大类）：

一、无线充电联盟（WPC）推出Qi标准：电磁感应方式，2008年12月成立。

电磁感应无线充电方式

原理：电流通过线圈，线圈产生磁场，对附近线圈产生感应电动势，产生电流

传输功率：数W-5W

传输距离：数mm-数cm

使用频率范围：22KHz

充电效率：80%

优点：适合短距离充电；转换效率较高

限制：特定摆放位置，才能精确充电；金属感应接触会发热

解决方案商：TI，Freescale，Toshiba，Powermat，Splashpower，凌阳等

二：A4WP与PMA合并后的AirFuel Alliance（国际无线充电行业联盟）：磁共振方式，2015年11月成立。

注：A4WP（无线能源联盟）推出Rezence标准：磁共振，2012年5月成立；

PMA（电力联盟）推出PMA标准：电磁感应方式。

磁共振无线充电方式

原理：发送端能量遇到共振频率相同的接收端，由共振效应进行电能传输

传输功率：数KW

传输距离：数cm-数m

使用频率范围：13.56KHz

充电效率：50%

优点：适合远距大功率充电；转换效率适中

限制：效率较低；安全与健康问题

解决方案商：ST，MIT，Intel，IDT，日本富士通等

三、无线电波式

无线电波式充电方式

原理：将环境电磁波转换为电流，通过电路传输电流

传输功率：大于100mW

传输距离：大于10m

使用频率范围：2.45KHz

充电效率：38%

优点：适合远距离小功率充电；自动随时随地充电

限制：转换效率较低；充电时间较长

解决方案商：Powercast等

四、电场耦合式

电场耦合式无线充电

原理：利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力

传输功率：1W-10W

传输距离：数mm-数cm

使用频率范围：560-700KHz

充电效率：70%-80%

优点：适合短距离充电；转换效率较高；发热较低；位置可不固定

限制：体积较大；功率较小

解决方案商：Murata村田制作所等

还有其他几种非主流的无线充电方式：

WattUp无线充电：无线充电2.0标准；

WiFi无线充电：十米距离；

超声波无线充电：有效范围接近5米；

无线充电新技术：微软拟利用聚焦光线来充电；

Wi-Charge——红外光充电系统移动智能手机仍是无线充电技术发展的主要驱动力。像笔记本、可穿戴设备、移动设备，甚至电动汽车等都将驱动无线充电技术的增长。

三星在Galaxy S6上的应用了无线充电功能，因此在无线产业扮演重要角色。苹果有望在今年下半年推出的最新iPhone 8上跟风，进一步助推无线充电市场的出货量。

智能手机上的应用

无线充电手机大体上有两种：

1.不支持无线充电的手机通过更换后壳或使用第三方附件支持无线充电功能。

2.手机本身支持无线充电功能。现在来看看目前本身支持无线充电功能的手机有哪些：

“移动智能手机市场仍是无线电源用户体验的入口。超过35%的美国消费者称他们使用过无线充电，2016年这个比例是25%。这意味着市场已经进入商业化阶段，尤其是在移动手机市场”，IHS的分析师称。

笔记本上的应用

自戴尔发布Dell Latitude 7285产品后，笔记本市场也能看到功能集成的一波增长行情，Dell Latitude 7285是一款二合一平板，包括一个集成了无线充电功能的可拆卸键盘。

“具有无线充电功能的笔记本的出货量还没达到它最好的表现，IHS消费者调查报告的一大亮点是当现有无线充电解决方案的满意度足够高时，笔记本将成为市场之星，因为75%的消费者更希望看到笔记本采用无线充电技术。”分析师如是说。

可穿戴设备上的应用

Moto 360和Apple Watch采用的都是磁感应技术的无线充电方案（前者为Qi标准，后者采用的是与Macbook一致的Magsafe磁吸式技术，再加上一个线缆来实现不需要（直接）插线的充电方案）

Apple Watch使用的是MagSafe无线充电器，它会通过磁力吸附在Apple Watch的后背，然后进行感应充电。其实一直以来，苹果对无线充电并不感冒，而是诺基亚和三星坚持力推。

Apple Watch在无线充电模块中使用了来自TI的解决方案，配合Watch主板上的IDT芯片得以实现无线充电。

IHS进一步预测2017年，有望实现近3000万可穿戴设备接收器单元的出货量。同时，到2026年，多设备发射器市场有望出货超过3000万部。

电动汽车上的应用

随着无线充电技术在消费电子领域日渐崛起，汽车产业对这项新技术的关注度也在逐步攀高，而电动汽车的走俏也为无线充电技术开辟了新的市场商机。不过做事历来谨慎的车企并不希望陷入类似的“标准大战”中，因此汽车工程师协会SAE，在详细咨询了汽车制造商、无线充电技术公司以及电力供应商之后，确立了未来汽车无线充电服务的行业标准，即输出功率≤20kW，运行频率85kHz。

第一批搭载符合该标准无线充电器的车型预计将于2017或2018年面世。也许是特斯拉。

自带无线充电功能的马路

无线充电IC原厂及其代理商

无线充电属于高壁垒行业。目前无线充电产业链涉及到的有无线充电芯片、模组方案设计、磁性材料线圈以及天线等企业。从整体产业链分布来看，无线充电分为发射端和接收端，接收端又可以分成芯片和模组两个大部分。目前来说，接收端模组价格在3-4美金左右。

线圈做的好的国外企业有TDK、MURATA（村田）、松下等等。国内企业的代表有立讯精密、信维通信等。

无线充电芯片包含了硬件、软件以及协议等一些列无线充电所需的电源管理系统，但是由于壁垒较高，主要由国外巨头掌握，如：IDT、TI、ST、ADI、高通、博通、东芝、NXP/Freescale、安森美、Maxim、凌力尔特、Fulton、Witricity、PowerbyProxi（三星投资）、Energous、Delphi、松下、东芝、罗姆、富士通、瑞萨、理光等，台湾厂家如：凌阳、联发科、新唐、立锜、盛群等。以及国内一些布局较早的初创公司。

1、Dialog公司携手Energous公司推出WattUp RF无线充电发射端IC

苹果（Apple）零组件供应商Dialog Semiconductor及Energous，共同推出一款名为“DA4100 RF-Transmit”的全新无线充电IC零组件，基于Energous的WattUp无线充电系统所开发，体积更小仅7mm x 7mm且价格更低廉，未来或可能内建于苹果下一代的iPhone，协助苹果将无线充电技术导入未来的iPhone及iPad等机种。

根据Apple Insider报导，这款无线充电IC结合安谋（ARM） Cortex-M0+核心、RF射频传输器以及电源管理功能，由于体积更缩小，对于欲持续开发体积更小、功能更强大装置的制造商来说，将具备采用的潜在吸引力。目前Dialog与Energous已将这款无线充电IC芯片组送样给客户，不过仍不清楚何时将开始大规模量产。

2、东芝15W发射器IC TC7718FTG

该新IC与微控制器连接，实现符合Qi标准的无线发射器系统。该标准由无线充电联盟（WPC）制定。东芝独创的尖端 CD-0.13工艺可实现小封装和高效率，简化系统集成并且使发射器系统占用空间小。由该新IC组成的15W无线发射器将快速为设备充电，其充电速率等于或快于有线充电器。该新IC适用于广泛的应用，包括智能手机和平板电脑等移动设备，以及工业设备。

使用新IC的无线发射器将与使用东芝5W接收器IC “TC7764WBG”的5W接收器系统和使用东芝10W接收器IC “TC7765WBG10W”的10W接收器系统兼容，这两款接收器系统均已批量生产。再结合符合Qi v1.2标准的15W无线接收器控制IC “TC7766WBG”，该无线系统可接收高达15W的功率。

3、意法半导体STWBC-WA充电发射控制器

全球领先的半导体供应商意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）推出微型无线充电芯片组，可节省电路板空间，简化机壳设计和密封，缩短研发周期，适用于超级紧凑的穿戴式运动设备、健身监视器、医疗传感器和遥控器。

STWBC-WA充电发射控制器配合STWLC04无线充电接收器，采用比市面上其它无线充电芯片组所用线圈更小的线圈，在接收端只使用11mm直径的线圈，在发射端使用20mm线图，可以传输高达1W的电能，让应用设备的外观尺寸变得更小、更纤薄。如果在发射端使用大线圈和全桥电路，输电能力可提高到 3W。因为不再需要传统充电接口，无线充电可以简化外壳设计和密封技术，防止尘土或水汽进入机器内部。

这款全功能芯片组支持锂离子电池或锂聚电池无线充电，并包括安全功能，例如异物检测（FOD，Foreign-Object Detection）、主动发射器存在检测、接收器过热保护。发射器芯片内置驱动器，本机支持半桥和全桥拓扑，配套固件配置简单且可以选择，方便客户快速开发整体方案或定制应用。接收器芯片支持直接充电，可缩小电路板尺寸，并内置32位微控制器内核、具有同步整流功能的高效降压转换器和内部驱动器。

4、TI BQ25892电池充电管理IC

BQ25892 是适用于锂离子电池和锂聚合物电池的高度集成型 5A 开关模式电池充电管理和系统电源路径管理器件。 此类器件支持高输入电压快速充电。 其低阻抗电源路径对开关模式运行效率进行了优化、缩短了电池充电时间并延长了放电阶段的电池使用寿命。 具有充电和系统设置的 I2C 串行接口使得此器件成为一个真正的灵活解决方案。

5、IDT P9038发送，IDT P9025A接收

IDT无线充电技术解决方案是一款高集成度、单芯片SOC解决方案，支持QILOGOWPC认证，并且兼容POWERMATE模式，具有加密通讯，异物检测模式功能。IDT目前是英特尔整个平台无线充电技术唯一的合作伙伴。现已有多家厂商使用IDT无线充电解决方案。

6、联发科

联发科在2014年的CES上展示了多模充电装器。同时在这次活动中，他们还展示了新的主板和线圈设计。MT3188所含的线圈系统可以支持磁共振和磁感应线圈这两种系统。更大、 更广泛的间隔线圈环绕着感应充电手机设置的那个较小的紧密耦合线圈。

多模充电装置

联发科多模充电装置的线圈设计

7、博通

美国加州欧文芯片公司在2014CES展会上用一部手机测试了三个不同的无线充电器。博通公司用BCM59350接收机芯片创造了一个照明电路。这个电路可以兼容PMA （300 kHz），A4WP （6.78 MHz）和 Qi （200 kHz）等无线充电标准。当支持不同充电功率时，10×10mm的芯片比墙壁或USB充电器充电时间短。 博通的这款充电装置还内置了磁铁用以校正感应线圈的正确位置。

下图演示的充电装置一次可以对两部手机进行充电。磁感应功能的手机直接放置在充电板上，磁共振手机放置在几英寸远的桌子上充电。这种磁共振标准的充电技术允许手机在稍远的地方进行充电，因为接收器和发射器的线圈不需要直接对准。

博通无线充电演示

8、高通

高通在2014本田雅阁电动汽车上演示了无线充电技术。这款Halo无线充电系统来自新西兰的奥克兰大学。这个系统使用充电箱来驱动地面上的无线充电垫。当对准汽车上的接收端时，就可以进行充电。

线圈中感应的电荷总面积为谐振技术的特点

高通Halo系统的业务开发和营销副总裁Thompson博士说，磁感应和磁共振充电方式在车辆之间没有区别。地板垫上的线圈紧密耦合，其双“D”正交设计可以使能量高效率传递，即使垫子在错位的情况下。

Halo体系机构

高通公司提供3.3 Kw，6.6 Kw和20Kw的充电垫。官方表示，一个3.3Kw的系统需要大约两个小时才能充满。

加入高通公司之前，Thompson在沿途设有固定充电站的欧洲巴士站测试了他的Halo技术。高通已经把这种想法应用到了方程式E赛车上。宝马i8，宝马i3，医疗车上的无线充电也已经进行了测试。Thompson说，他希望让赛车在维修通道上进行无线充电，或沿着特定的车道在赛道上驾驶。

无线充电产业链国内相关企业

无线充电芯片/方案设计中兴通讯

无线充电布局：国内无线充电先行者，推出一整套全程无人值守的全自动解决方案，集合无线充电技术、APP支付、云端管理、自动运营、远程监控等全自动的端到端解决方案。

中惠创智

无线充电布局：公司全面掌握了磁感应、磁共振无线供电技术，可实现静态、动态等无线供电方式。

深圳易冲无线科技有限公司

充电标准：WPC（Qi）和AirFuel标准

无线充电布局：团队核心成员曾任职行业国际知名公司，并参与制订了中国无线充电标准，做到了无线充电标准的兼容、高效传输以及绿色环保。目前易冲的无线充电方案设计具备多模方案，实现兼容WPC和AirFuel标准。

厦门新页微电子技术有限公司

充电标准：WPC（Qi）

无线充电布局：专注无线供电技术研发及产业化，致力于为手机等消费电子、智能家居、智能医疗、工业机器人、电动汽车、物联网、智慧城市等领域提供安全便捷的无线传能技术，在无线充电领域已经申请和授权的专利达100余项。公司旗下拥有三家全资子公司：新页微电子——无线充电技术方案提供商，其研发的无线充电芯片和电动汽车无线充电技术，达到国际先进水平；新页电气——专注电动汽车无线/有线智能充电技术研发及产业化；夏步商贸——无线充电消费电子贸易平台。

深圳劲芯微电子有限公司

充电标准：WPC（Qi）

无线充电布局：专注于无线充电、穿戴式设备、健康医疗、移动终端等新兴领域提供高端芯片和解决方案，公司技术积累雄厚，在国内率先推出符合Qi标准的无线充电芯片，产品居于市场领先地位。

上海新捷

充电标准：WPC（Qi）

无线充电布局：专业从事无线充电相关的IC产品开发、生产、销售的高科技企业。产品有接收端芯片、发射端芯片。

成都斯普奥汀科技有限公司

无线充电布局：中外合资企业。

深圳市欢喜创新科技有限公司

无线充电布局：接收线圈内置TI芯片。

深圳劲锐佳科技有限公司

无线充电布局：专业从事单片机开发、LED照明驱动、触摸按键、充电器方案、小家电产品方案、USB周边产品开发设计及销售的高科技企业。

芯科泰

无线充电布局：无线充电，无线供电作为公司的研究方向。并将电路集成芯片化。并对外提供芯片及无线充电解决方案。

无线充电线圈/天线/模组顺络电子

无线充电布局：无线充电线圈产品已实现量产，客户多为国内知名品牌。官网：

硕贝德

无线充电布局：是最早加入无线充电联盟（WPC）的会员之一。无线充电收发圈和模组可用于智能手机、穿戴设备、汽车。

东莞市石碣聚源电子制品厂

深圳市微航磁电技术有限公司

无线充电布局：无线充电发射端线圈。

模组立讯精密

无线充电布局：全球无线充电技术领军者，可提供多种磁性无线充电/NFC二合一方案；无线充电发射端线圈；无线充电天线技术研发，供应三星配套的NFC无线充电模块；并购亚力盛与信维蓝沛，加码无线充电等业务。

宁波微鹅电子科技有限公司

无线充电标准：Rezence标准

无线充电布局：致力于无线充电技术的研发，可为企业级客户提供一站式无线充电解决方案。

方案设计/材料/天线/模组一体化信维通信

无线充电布局：全球无线充电技术领军者，可提供多种磁性无线充电/NFC二合一方案；无线充电天线技术研发，供应三星配套的NFC无线充电模块；并购亚力盛与信维蓝沛，加码无线充电等业务。

磁性材料天通股份

无线充电布局：软磁行业的龙头企业，以软磁材料为切入点布局在无线充电领域，包括无线充电发射及接受线圈。

横店东磁

无线充电布局：软磁材料供应给苹果无线充电领域iwatch产品。

外壳材料劲胜精密

无线充电布局：拥有无线充电结构相关专利，并正在开发无线充电陶瓷电池盖技术。

测试认证深圳普瑞赛思检测技术有限公司

无线充电布局：普瑞赛斯是世界无线充电联盟（WPC）的成员，同时也是WPC全球授权的14家测试中心之一，能够独立完成对无线充电产品的QI认证。

注：排名无先后