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摘要：本文將重點(diǎn)討論已提出的不同無(wú)線(xiàn)充電協(xié)議，它們的優(yōu)勢以及無(wú)線(xiàn)充電在哪兒獲得了最佳市場(chǎng)關(guān)注。 無(wú)線(xiàn)充電使消費者不用電線(xiàn)就能為其便攜式設備充電。電信運營(yíng)商和手機制造商都在采用這種技術(shù)。在汽車(chē)中，無(wú)線(xiàn)充電可能是無(wú)線(xiàn)技術(shù)的最后一部分，最終能將重要的智能手機應用集成到汽車(chē)中。但一些企業(yè)爭相建立標準，包括高通、三星、英特爾、Powermat、諾基亞，Docomo以及其他許多公司。 本文將重點(diǎn)討論已提出的不同無(wú)線(xiàn)充電協(xié)議，它們的優(yōu)勢以及無(wú)線(xiàn)充電在哪兒獲得了最佳市場(chǎng)關(guān)注。 無(wú)線(xiàn)充電并不是一個(gè)新的概念，也不是一項新技術(shù)，但最近推出的帶無(wú)線(xiàn)充電功能的新智能手機越來(lái)越以此為賣(mài)點(diǎn)，如新的諾基亞Lumia 920或LG Nexus 4。Palm早在4年前就已發(fā)售內置無(wú)線(xiàn)充電功能的Pre手機;但自那以后，Palm便從這個(gè)市場(chǎng)中消失了。Powermat多年來(lái)一直在美國向黑莓或iPhone發(fā)售無(wú)線(xiàn)充電配件系統。 我們許多人家里有無(wú)線(xiàn)充電的電子牙刷。那么什么使無(wú)線(xiàn)充電更頻繁地出現在新標題中?無(wú)線(xiàn)充電標準已經(jīng)出現;實(shí)際上出現了幾個(gè)標準，我們將在后面看到。 隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)充電標準的出現，市場(chǎng)分析師預測該市場(chǎng)將快速增長(cháng)。ABI、IHS iSuppli以及InStat的分析師們在各自的2010年報告中都預測，該市場(chǎng)將于2012年啟動(dòng)，2014年的發(fā)貨量將迅速達到數億件。最近的報告，如IHS IMS Research 公司最近公布的一份報告，認為 2015 年帶無(wú)線(xiàn)電源的設備發(fā)貨量將超過(guò)1億件，2016年市場(chǎng)價(jià)值將高達50億美元[1]�，F在看來(lái)，分析師在 2010 年過(guò)于樂(lè )觀(guān)，低估了標準開(kāi)發(fā)、認證流程就緒以及市場(chǎng)接受所需要的時(shí)間。 但有一點(diǎn)沒(méi)有改變，那就是智能手機、平板電腦和其他消費電子設備大量采用無(wú)線(xiàn)充電的長(cháng)期愿景。市場(chǎng)分析師已經(jīng)把他們的“hockey-stick(曲棍球棒)”式的市場(chǎng)增長(cháng)率預測改為三年左右，但并沒(méi)有改變其長(cháng)期樂(lè )觀(guān)的觀(guān)點(diǎn)。 2012 年 9 月，Wireless Power Consortium(無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟，WPC)宣布，按照Qi WPC標準集成了無(wú)線(xiàn)充電功能的智能手機已發(fā)貨850萬(wàn)臺。在手機內部集成了無(wú)線(xiàn)充電電路后，無(wú)線(xiàn)充電的采用率將大幅增加。不必像以前一樣添加一個(gè)特殊的套殼或后門(mén)，現在無(wú)線(xiàn)充電電路可作為一個(gè)內置功能集成到手機中。諾基亞Lumia 920或LG Nexus 4等新手機就是這種新發(fā)展趨勢的很好示例。 對于消費者來(lái)說(shuō)，這種集成顯著(zhù)降低了此功能的成本，并且不會(huì )增加任何與售后市場(chǎng)的后門(mén)或套殼相關(guān)的厚度。手機制造商也將與這些手機一起配套供應簡(jiǎn)單、低成本的無(wú)線(xiàn)充電墊，提供開(kāi)包即用的簡(jiǎn)易體驗。智能手機將推動(dòng)這項技術(shù)的增長(cháng)，而且是無(wú)線(xiàn)充電組件數量最大的市場(chǎng)。 智能手機大規模采用無(wú)線(xiàn)充電也將帶動(dòng)大量的配套產(chǎn)品，如 JBL 或TDK產(chǎn)品等無(wú)線(xiàn)音頻揚聲器[3]。這些無(wú)線(xiàn)充電揚聲器集成了三種互補的無(wú)線(xiàn)技術(shù)：藍牙(從手機接收音頻文件)，NFC(藍牙自動(dòng)配對)和無(wú)線(xiàn)充電(保持手機充電)。 這種整合提供了全新的用戶(hù)體驗：音頻自動(dòng)從手機傳輸到揚聲器，無(wú)需硬件連接，無(wú)需配對機制，只需把手機放在揚聲器頂部便可。其他配件包括，已經(jīng)推出的無(wú)線(xiàn)充電藍牙耳機  C無(wú)線(xiàn)充電鼠標;或內置了無(wú)線(xiàn)充電站的床頭鬧鐘。內置了無(wú)線(xiàn)充電功能的移動(dòng)設備和消費電子產(chǎn)品劇增，將推動(dòng)建立公共和私人充電站的基礎設施。我們開(kāi)始看到無(wú)線(xiàn)充電器安裝在機場(chǎng)休息室、咖啡店和酒店里，很快在公共交通和私家車(chē)中也會(huì )擁有無(wú)線(xiàn)充電器。在未來(lái)的汽車(chē)中，汽車(chē)中央控制臺中將內置一個(gè)手機無(wú)線(xiàn)充電器。將手機放在控制臺頂部，就會(huì )充電，會(huì )自動(dòng)連接到汽車(chē)藍牙無(wú)線(xiàn)電以及屋頂蜂窩和GPS天線(xiàn)，獲得更好的通信，同時(shí)手機應用和媒體文件被傳輸到汽車(chē)信息娛樂(lè )顯示屏。整合這些無(wú)線(xiàn)技術(shù)將把最先進(jìn)的智能手機應用融入到您的駕駛體驗中。所有的無(wú)線(xiàn)充電系統都使用磁場(chǎng)線(xiàn)圈感應電流的基本原理。 有時(shí)稱(chēng)為磁感應或磁共振，這些系統中的一些差異在于發(fā)送和接收線(xiàn)圈之間的耦合系數。耦合系數高的系統意味著(zhù)兩個(gè)線(xiàn)圈應該是緊貼的，比較一致。 某些系統耦合系數較低，支持把接收器放在距離發(fā)射器較遠的位置，還可更自由地放置接收器。 無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)[4]于2009年成立，創(chuàng )建了無(wú)線(xiàn)充電標準 Qi。三年后，WPC已擁有 120 多名成員以及同樣多的認證產(chǎn)品，這種發(fā)展狀況有利于實(shí)現其最初目標。 WPC 指定發(fā)射器的拓撲結構，確保與現有的WPC接收器產(chǎn)品向后兼容。發(fā)射器可以使用一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)圈;在后一種情況下，可以同時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。第一個(gè)發(fā)射器拓撲使用緊密的磁感應耦合，依靠使用幾個(gè)(3?8個(gè))線(xiàn)圈來(lái)支持X和Y的空間自由。發(fā)射器和接收器之間的距離 Z 通常為5毫米。近來(lái)，WPC已經(jīng)提供了一個(gè)新的發(fā)射器類(lèi)型，Z空間自由度為5厘米，使用自適應磁共振原理，同時(shí)與現有的WPC感應耦合接收器保持向后兼容�！ � 另一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電標準是Alliance for Wireless Power(A4WP)，成立于2012年，建議磁共振無(wú)線(xiàn)充電系統使用6.78MHz 的ISM頻段來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。A4WP 與 WPC不同，不支持緊密感應耦合機制。這兩個(gè)標準的一個(gè)顯著(zhù)區別是使用的頻率不同：WPC 使用 100 至 205 kHz，A4WP 使用 6.78 MHz。值得一提的是，其他公司或企業(yè)聯(lián)盟也正在使用 ISM 頻段進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電源傳輸。例如，英特爾已經(jīng)展示了筆記本電腦和手機之間的無(wú)線(xiàn)電源(使用13.56 MHz)原型。EUROBALISE共同體已經(jīng)指定了火車(chē)和地面軌道上固定應答器之間的無(wú)線(xiàn)充電系統，使用頻率為27 MHz。 需要注意的是，只有WPC、A4WP以及次要的Eurobalise是基于聯(lián)盟的開(kāi)放的無(wú)線(xiàn)充電標準。WiTricity 或英特爾等其他系統有專(zhuān)門(mén)的無(wú)線(xiàn)充電標準，不會(huì )像其他標準一樣獲得業(yè)內公司的廣泛支持。Powermat 最近成立了一個(gè)名為 Power Matter Alliance(充電聯(lián)盟)的新聯(lián)盟，試圖使自己的無(wú)線(xiàn)電源技術(shù)成為另一個(gè)標準。談?wù)撨@一舉措將會(huì )有多成功還為時(shí)尚早。表1中值得一提的是，使用ISM MHz頻段的無(wú)線(xiàn)充電系統需要依靠不同的頻段進(jìn)行電力傳輸和通信。這是肯定的，因為ISM頻段很窄，而且帶外發(fā)射要求很?chē)�。其他需要提及的還有這些技術(shù)能否提供三維空間自由度來(lái)根據發(fā)射器的位置放置接收器。作為一個(gè)緊耦合系統啟用的 WPC，正在創(chuàng )建一個(gè)自適應磁共振發(fā)射器拓撲，以提供高達 5cm 的 Z 空間自由度，以及類(lèi)似的或更大的 X 和 Y 空間自由度。 Powermat 是靈活性最小的技術(shù)，只有緊耦合系統，并要求發(fā)射器使用磁鐵，以幫助線(xiàn)圈對準。A4WP 和英特爾似乎提供相似的系統類(lèi)型。而 Eurobalise 標準能從高速列車(chē)上將電源無(wú)線(xiàn)傳輸到鐵軌上的固定應答器，并以不同頻率傳回數據，因而與眾不同。 那么如何比較這些不同系統的效率、成本和排放標準遵從性?表2試圖提供一些指導。這些技術(shù)已按照他們正使用的頻段進(jìn)行了重組。一方面，WPC 和 Powermat 系統低于500kHz，其他的使用ISM頻段，6.78、13.56 或 27.095 MHz。 首先，對于這些系統最重要的是符合有關(guān)人類(lèi)射頻暴露和EMC輻射的法規。低于500kHz的系統在這方面表現更好，有更大空間遵守法規。而對于 ISM 頻段，我們仍在等待具體數據，顯示這些系統確實(shí)符合 FCC 第 15 部分和第 18 部分以及 CISPR11 的要求。對此，一個(gè)例證是 2012 年 5 月推出的三星 6.78MHz 無(wú)線(xiàn)充電配件延遲上市，6 個(gè)月后仍然沒(méi)有供貨。這些系統必將設法符合這些要求，但這樣利潤將會(huì )減少，而且隨著(zhù)時(shí)間的推移和大批量的生產(chǎn)可能會(huì )變得難以管理。 其次，對于效率、傳輸距離和系統成本，這些技術(shù)都有一些優(yōu)缺點(diǎn)，綜合起來(lái)性能相差無(wú)幾。對于 ISM頻段系統來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)電路更加昂貴，但線(xiàn)圈/天線(xiàn)更便宜，而低于 500kHz 的系統則相反。兩個(gè)頻段在傳輸范圍和效率方面性能相似，都遵守相同的物理定律。 那么，哪個(gè)系統將更受市場(chǎng)歡迎呢。首先，我確信，只有一個(gè)行業(yè)技術(shù)標準能獲得廣泛的市場(chǎng)認可。對此，Powermat 是一個(gè)很好的反例。無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域的先驅 Powermat 在市場(chǎng)上出現 5 年后仍未成為無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的選擇。 最近，它與金霸王(Duracell)在美國結盟是一個(gè)大膽的舉措，投資數百萬(wàn)美元創(chuàng )建一個(gè)品牌和一些基礎設施。但結果仍有待觀(guān)察。 另一家公司英特爾也計劃為無(wú)線(xiàn)電源提供一個(gè)專(zhuān)有系統，使用 PC 和 超級本作為智能手機和 PC 配件的無(wú)繩充電站。目前，此系統僅處于原型階段，所以無(wú)法判斷。如此一來(lái)，現在只剩下兩個(gè)開(kāi)放的標準系統：WPC 和 A4WP�！� WPC Qi 系統無(wú)疑領(lǐng)先一步：出現了近 4 年，擁有 120 多名活躍的成員。2011年， WPC 發(fā)布了第一個(gè)規范，2012 年發(fā)布了 1.1 后續修訂版。2012 年成立的 A4WP 到 2012 年 10 月底，已有 19 名成員。A4WP 尚未公布規范。 WPC 獲得了日本手機公司和供應商、美國Verizon、諾基亞和許多其他消費電子產(chǎn)品公司的擁戴。A4WP 的主要成員和創(chuàng )建者是高通和三星。值得一提的是，三星實(shí)際上是這兩個(gè)聯(lián)盟的成員。事實(shí)上，在 19 名 A4WP 成員中，有 7 名也是 WPC 的成員，隨著(zhù)更多 WPC 公司加入 A4WP 以獲得其規范，這一比率可能還會(huì )增加。A4WP 的最低加盟費比 WPC 的少四分之一，這樣新公司很容易便能加入 A4WP。 WPC 已授權了幾個(gè)不同的認證公司，可以提供官方 Qi 認證標記。 截止 2012 年 10 月，大約有 120 個(gè)產(chǎn)品獲得了 Qi 認證，而一年前為40個(gè)產(chǎn)品。這種增長(cháng)趨勢在新的一年里會(huì )進(jìn)一步加大。 大約有三分之二的 WPC 成員來(lái)自亞洲，20% 來(lái)自美國，15% 來(lái)自歐洲，這也很好地顯示出采用這種技術(shù)的地區�，F在 WPC 正致力于將電流規范的電源擴展到 15W，然后會(huì )將平板電腦或小型筆記本電腦系統擴展到 30W。最后，廚房工作組將尋找高達2000瓦的更高功率，為廚房電器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。 飛思卡爾于 2011 年加盟了 WPC，至今生產(chǎn)了幾個(gè) 5W 和 30W 的參考系統。有一個(gè)系統展示了 4 個(gè) 30W 的電池組可同時(shí)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電;都由一個(gè) MCU 驅動(dòng)。飛思卡爾運用一個(gè)小型數字信號處理器作為無(wú)線(xiàn)充電發(fā)射器。DSP 功能支持低功率，并快速處理驅動(dòng)發(fā)射器線(xiàn)圈所需的 PID 回路。然后，系統開(kāi)發(fā)人員可以使用這個(gè)體積雖小但功能強大的內核進(jìn)行額外的電源處理，以實(shí)施其他輔助功能，如 CAN 接口、用戶(hù)界面功能或任何可以使用備用存儲空間和空閑 I/O 的其他功能。 對于采用無(wú)線(xiàn)充電作為主流技術(shù)來(lái)說(shuō)，2012年是一個(gè)轉折點(diǎn)。 成功的重要因素是時(shí)機成熟、有標準、大型OEM和無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商致力于該技術(shù)。分析師們仍然預測該市場(chǎng)將迅速增長(cháng)，盡管比原先預期的晚了幾年。除了手機和消費電子設備外，其他行業(yè)的許多其他設備也可以因為這種技術(shù)的進(jìn)步而受益，即使在不需要標準，或不渴望標準的許多領(lǐng)域也是如此。便攜式醫療設備、玩具、助聽(tīng)器、機器人、專(zhuān)業(yè)音響設備、雙向無(wú)線(xiàn)電通訊設備和許多其他系統都可以使用無(wú)線(xiàn)充電或無(wú)線(xiàn)電源傳輸。有了解決方案提供商這條可靠的供應鏈，這些特定的應用會(huì )發(fā)現很多解決方案供應商。有了技術(shù)，生態(tài)系統已經(jīng)就緒，而蘋(píng)果公司如何處理無(wú)線(xiàn)充電仍然是一個(gè)未知數。 這可能是該市場(chǎng)得以最終發(fā)展的最后一個(gè)不確定性因素。 參考文獻： [1] Three wireless charging reference designs should suit most requirements.(2012-6-26).[R/OL]. http://www.newelectronics.co.uk/electronics-technology/three-wireless-charging-reference-designs-should-suit-most-requirements/43281/ [2] 110 Qi-Enabled Products Certified By The Wireless Power Consortium.(2012-9-4).[R/OL].http://www.prnewswire.com/news-releases/110-qi-enabled-products-certified-by-the-wireless-power-consortium-168440166.html [3]Wireless Charging Speaker.[R/OL].http://www.tdkperformance.com/en-us/Home-Audio/Boomboxes/Wireless-Charging-Speaker/ [4]WPC官網(wǎng).[R/OL].http://www.wirelesspowerconsortium.com/ [5]飛思卡爾無(wú)線(xiàn)充電網(wǎng)頁(yè).[R/OL].http://www.freescale.com/wirlesscharging |
