无线充电技术：PMA、Qi、A4WP

斯特

在智能手机泛滥的今天，很多以往只能依靠计算机才能完成的操作，现在都可以在智能手机上实现。各种娱乐、生活软件，让智能手机、平板电脑成为人们身边不可或缺的移动终端。不过在现有电池技术条件下，智能手机既要保持轻薄小巧，又要具备较长的续航时间明显是不现实的。于是，我们可以看到市场上随着智能手机火热起来的产品，就包括了各种各样的充电宝，而很多人都会在公司和家中购置多个充电器以备万一。但在凌乱的桌子上找到充电插头，提醒自己放下手机后马上插上充电线并不是个容易做到的事情。相比之下，如果是支持无线充电技术的手机，只需将手机往充电板上一放，你就不必担心外出时再听见手机电量低的警报声了。

无线充电可以应用在所有你可以想象得到和想象不到的领域。首先是，低功率低能耗的电子通讯产品、办公产品，比如如：手机、掌上电 脑等利用； 其次是家具产品和低能耗的家电利用； 甚至交通工具，如电动车、动车组等。无线充电技术是靠两种新的设备来实现的，第一个是充电器，它要与电力相连接，然后会有一个“托盘”与充电器进行中转，只要手机 与“托盘”距离在规定范围内，那么手机就会自动进行无线充电。不过需 要说明的是，由于传输的不是一些简单的数据，而是电力，因此无线充电 在目前的距离要求比较严格，手机与“托盘”在现在只能实现 1 厘米之内 的近距离充电，但是随着技术的进步，这一距离可能会拉长。虽然电力没 有直接接触到手机产品，但是靠无线方式为手机充的电在使用效果上仍然 和普通充电方式一样，续航能力并不会有所损失 无线充电技术和传统充电器的区别 虽然无线充电仍然需要一个充电器进行电力的无线传输， 看似还是较为 麻烦，但是传统的充电器只能为一个手机进行充电，甚至每个手机的充电 器都不一样，而无线充电标准可以为所有支持Qi的手机进行充电，而其同 时可以支持多个产品的一起充电，这种充电只需要将手机放在桌子上就能 实现。另外，无线技术标准在成熟之后，各大公共场所都会装有这种设备， 因此无论是在家、办公室还是街道上甚至是列车上，用户都可以进行无线 充电，十分便捷。同样无线充电比有线充电在日常生活中对人类生活安全 更加保证，会避免有线的漏电、短路等安全问题。

无线充电联盟副主席刘易斯·帕尔木介绍，联盟成员近60家，包括劲量、LG电子、诺基亚等。安利净水器10年前就开始采用富尔顿的无线充电技术。 无线充电技术采用统一的工业标准，未来几年，移动电话、播放器、数码设备、移动设备等产品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的无线充电 器。这个充电器 类似一个托盘直接插到电源上，获得联盟认证的带有“Qi”标识各企业的不同品牌的手机直接放在上面就可完成充电。方便自不必说，除此之外，无线充电还更安全，没有了外露的连接器，漏电、跑电等安全隐患都彻底避免了。有人担心辐射的问题，这一技术最先在净水器中运用，至今已经有8年时间了，安全性已经得到了36个国家的验证，肯定不会对人体和环境带来危害。据介绍，无线充电大致上是通过磁场输送能量，而人类以及人类身边的绝大多数物件都是非磁性的。无线充电还有一个好处是省电，无线充电设备的效能接收在70%左右，基本与有线充电设备相等，但是它具备电满自动关闭功能，避免了不必要的能耗。而且这个效能接收率在不断提高，很快将能达到 98%。无线充电设备比普通充电器“聪明”很多，对于不同的电子产品，电源 接口能自动对应，需要充电时，发射器和接收芯片会同时自动开始工作， 充满电时，两方就会自动关闭。它还能自动识别不同的设备和能量需求，进行‘个性化工作，这就是智能。

现在，为了消费者的安全以及他们的便利性考虑，相关科研人员先提供了近磁场无线充电技术（即需放在发射器旁边），同时，他们也在研究远距离无线充电，这将是一个新兴市场。实际上现在的技术就可以达3-4英尺的范围内进行有效的电量传输，但这还需要经过相关组织的验证。相信未来2到4年，甚至更快，远距离无线充电就会进入每一个人的生活中。

未来，不仅是小功率电器，常见的家用电器设备、医疗设备、电动工具、办公室电器、厨房电器等都可以实现无线充电了。其实准确的说，应该叫 “无线供电”，也就是一边传输一边使用电能，不需要任何类似于电池的电量存储设备，更不需要提前充电了。到那时，电线、插线板、电池都可以消失了，你甚至感受不到电的存在。

最早接触无线充电技术还是同事购买的Palm Pre附带的TouchStone，有人叫这个无线充电器为“点金石”。从Palm的结局来看，点金石的并没个Palm的颓势带来什么改变性的作用，只是让很多人知道了手机还可以这么充电而已。其实我们身边一直存在着很多应用了无线充电技术的产品，最常见的就是家中的电动牙刷。无线充电理论源自180年前法拉第发现的电磁感应现象。不过直到一个半世纪之后，学术界才陆续发表论文探讨将电磁感应用于无线充电的可能性。进入21世纪，一些消费电子产品开始配备无线充电功能如牙刷、手机等，但互不兼容，标准混乱。无线充电是指利用电磁波感应原理进行充电的设备，原理类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。实现无线充电技术主要通过三种方式：电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。

电磁感应式充电：初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应。电感技术要求使用两个线圈，分别用于发射和接收。交流电通过发射线圈并产生磁场，从而将能量传送至接收线圈，而接收线圈可以给设备或电池充电。电感技术的发展吸引了人们对无线充电的兴趣，但这种技术存在限制。在使用这种技术时，一次只能给一台设备充电，而设备必须以特定方式放置在充电板上。

电感技术的局限并非无线充电发展缓慢的唯一原因。近年来，多个不同组织提出了多种无线充电标准，令用户更加迷惑。如果希望推广无线充电，那么这些不同标准必须能无缝地兼容，或形成统一的标准。endprint

磁场共振充电：由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术。磁共振无线充电技术需要一个能同时支持多个接收器的简单发射器，引入了基于蓝牙智能通信的无线功率控制系统，并可以通过非金属表面发射功率。蓝牙智能通信在功率接收器和充电界面之间提供了一种可靠的通信通道。这意味着，即使是很小的设备，例如头戴设备和可穿戴计算设备，也可以智能地与充电界面通信。这一技术简单易用，而“空间自由”的理念意味着多台设备可通过同一发射器同时充电，且不必以特定位置摆放。

此外还有一种无线电波式充电，这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。

使用不同的充电技术，也出现了不同的无线充电技术标准。全球的无线充电技术标准包括三个：使用磁感应技术的Qi、PMA，使用磁共振技术的A4WP。

Qi标准

Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织--无线充电联盟（Wireless Power Consortium，简称WPC）推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，在不久的将来，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。消费者市场的主流无线充电技术包括两种：磁感应（MI）和磁共振（MR）。抛开复杂的技术词汇，想要理解磁感应和磁共振的区别，可以这样归类：1.磁感应的技术更成熟、成本更低、充电效率高、普及的也更快。但可能只是一种过渡的解决方案，因为其要求电源发射设备和接受设备近距离的接触，常常是一个充电点只能充一个设备，不支持多设备同时充。2.磁共振则代表着未来的真正趋势，只有它才能让无线充电真正得到广泛使用。因为它可以实现远距离的无线充电，一个充电点就能给多个设备同时充电。如今这个技术存在的问题是还不成熟，充电效率低，依旧处于科研实验阶段

市场比较主流的无线充电技术主要通过两种方式，即电磁感应、以及共振作用，而Qi采用了最为主流的电磁感应技术。在技术应用方面，中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。据悉，Qi在中国的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。据悉，目前Qi在中国的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。截至目前，联盟成员数量已增加到74家，包括飞利浦、HTC、诺基亚、三星、索尼爱立信、百思买等知名企业都已是联盟的成员。Qi标准的典型代表性产品有：诺基亚Lumia 920、诺基亚Lumia 820、谷歌Nexus 4等。使用这些手机的时候，不需要安装任何配件，直接将它放在任何一款支持 Qi 标准的充电器上就能开始充电，目前市面上已经有了劲量、PowerMate等品牌的大量不同款式的无线充电器可供选择。

Power Matters Alliance标准

Power Matters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的，而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营，拥有比较出色的综合实力。除此以外，Powermat还是Alliance for Wireless Power（A4WP）标准的支持成员之一。

已经有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟（Power Matters Alliance缩写）。PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备，打造无线供电标准，在无线充电领域中具有领导地位。

Duracell Powermat公司推出过一款WiCC充电卡采用的就是Power Matters Alliance标准。WiCC比SD卡大一圈，内部嵌入了用于电磁感应式非接触充电的线圈和电极等组件，卡片的厚度较薄，插入现有智能手机电池旁边即可利用，利用该卡片可使很多便携终端轻松支持非接触充电。

A4WP标准

A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称，由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建。该联盟还包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成员，目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。

一般来说，利用电磁感应原理的无线供电技术最具现实性，并且现在在电动汽车上有实际应用； 电磁感应式非接触充电系统存在以下三方面的问题送电距离比较短，如果两个线圈的横向偏差较大传输效率就会明显下降。目前来看只能实现传输距离为10cm左右，需要考虑很多的散热问题，比如线圈之间的发热。耦合的辐射问题，电磁波的耦合会不会存在大的磁场泄漏。电磁感应在线圈之间传输电力，如同我们的磁铁一样，在外圈有一定的泄漏，人如何避免受影响是个很大问题。线圈之间也是有可能有杂物进入的，还有某些动物（猫狗）进入里面，一旦产生电涡流，就如同电磁炉一样，安全性问题非常明显。

磁场共振方式，则是现在最被看好、被认为是将来最有希望广泛应用于电动汽车的一种方式；磁 场共振式供电，目前技术上的难点是，小型、高效率化比较难。现在的技术能力大约是直径半米的线圈，能在1m左右的距离提供60w的电力。

在我们给电子产品做设计的时候，在我们使用电子产品的时候，无线供电一直以来都是最为让人翘首期盼的技术。它所能够带给人们的改变，再怎么强调其重要性都不过分。但是如果你再看看它向市场迈进的速度，实在是有够慢的，到现在为止，还没能走进千家万户。endprint

在过去的几年时间里，我们其实看到了有很多无线充电的解决方案，大部分是在智能手机方向上。 它们要么是一个套子，要么是一个垫子，同样我们看到了很多诸如“无线充电协会”（WPC）以及“无线充电联盟”（A4WP）等标准化组织的形成。每一个组织，每一项发明都声称自己搞出来的都是最棒的技术，可以引导世界走向一个无插头的未来。但是就我的观点而看，我们目前所见所闻的，都是一些夸夸其谈，它们在电子终端上的功能性表现很差。

无线充电将不会像是WIFI一样在办公室或者家庭中那样普遍，电力不可能像是无线数据一样，非常方便安全的来回移动。要是有人声称电力能像数据一样转移的话，那么这家伙就是个骗子。同样我们还需要考虑的是消费者的心理。消费者是否真的需要一个智能手机的充电系统，在手机上搞一个特殊套子？或者搞一个比USB线或者扩展基座还贵，体系还大的充电板子？还得把它们放在特殊的位置上才能工作？ 其余还有各种技术性难题，比如更加漫长的充电时间，如果激活设备让它能够接收电流？ 目前为止几乎还没有什么技术性的突破能够让这些产品或者标准在市场上大放异彩。

所以对于无线充电来说，究竟做到那些点才能打个漂亮的翻身仗呢？ 我们的观点如下所述：第一点，“接收电力”的技术必须足够的迷你化，起码能够在手机上作为内置的一个系统，安装在智能手机的处理器面板上。其实它应该做的更加的微型化，比锂电池还小。这样就能够让现有的数百万的各种家用电子设备都能够自行无线充电。第二点， 就目前来说，人们还不得不去习惯这些无线的充电基站，不管是垫子还是盒子，你都得花费大量的时间和精力才能达到充电的效果。比如充电时间要比一般充电的长，比如要找到一个比较合适的位置才能让它充上电等等。所以未来这些基站的性能和易用性必须得到提升。最后，在充电过程中，必须保证绝对的安全。毕竟我们在这儿聊的主人公可是电啊。

过去的这十几年时间，无论在家里还是在办公室，我们都经历了翻天覆地的变化。有一些我们看得到，有一些我们看不到。看得到的是我们都从上网线中解放出来，用上了WIFI。但除此之外，还有的就是插座和插头的数量正在呈惊人的速度递增。在未来的十年时间里，毋庸置疑，我们将看到无线充电设施将把那些插座和插头取而代之，出现在千家万户的桌面上和墙壁上。最终，无线充电技术将进入高难度技术条件才能实现的环境中，比如风力涡轮机组中，汽车上，以及用在潜入深海探测的机器人身上。

英国金融时报撰文指出，智能手机以及消费电子产品制造商都陷入了一场有关无线充电的标准之争，这一局面可能导致无线化进程放缓。目前行业内出现了几个大的联盟，其中苹果未参与任何联盟，而是自行提交了无线充电技术专利申请。

苹果（Apple）、高通（Qualcomm）以及三星（Samsung）等公司都在注册专利，宣传自己的标准，并面向未来结成对抗性的产业集团，无线充电意味着未来无需通过电线连接电源插座即可对电池进行充电，并让电器运行。

无线充电联盟（Wireless Power Consortium）是最具影响力的产业集团。超过130家公司是其成员，该联盟的Qi技术已应用于120种产品，其中34款为手机，包括诺基亚（Nokia）的Lumia 920旗舰型智能手机。但无线充电联盟缺乏高通和三星等主要手机企业的支持，这两家企业是其自行发起的Alliance For Wireless Power联盟成员。无线充电存在多种不同的技术标准。无线充电联盟的Qi技术目前处于领先地位，它属于电磁感应，要求充电时将设备准确放置在感应环内。这种技术很可能被磁共振技术所取代，后者允许多个设备同时充电，并可将设备放置在距离电源数米之外。

研究机构IMS Research的分析师杰森？德普劳克斯（Jason DePreaux）表示：“此前我们曾经历过Blu-Ray与HD-DVD以及VHS与Betamax的标准之争，但当前的无线充电标准之争所涉及的组织数量更多。”

宝洁旗下的电池制造商金霸王（Duracell）及其Power Matters Alliance联盟、德国汽车制造商的一个联盟和美国消费电子协会（Consumer Electronics Association）成员企业是其它竞争力量。德普劳克斯表示：“大家都认为，无线充电要普及，需要有一套通行技术标准——你不会想要在机场为不同的技术标准设立多个充电座。这在一定程度上阻碍了该领域的发展。”

无线充电联盟成员Fulton Innovation的高级技术主管戴夫？巴尔曼（Dave Baarman）认同德普劳克斯的观点，称各种类型的无线充电技术是可以统一的。分析师则指出，不同的技术标准及产业联盟使得预测无线充电市场的增长速度非常困难。IMS Research表示，每年能从无线充电技术中获益的设备数量可能高达50亿部，但预计使用这一技术的设备数量将从2012年的仅500万部增长至2015年的约1亿部。

从理论上说，电力可转化为电磁波，从而实现电力的无线输送。但由于电磁波在空间传输的损耗极大，而当年电子元件的体积和成本都很大，因此“无线输电”没有像“有线输电”那样得到广泛的应用。与此同时，真正的无线充电设备要复杂得多，需要解决线圈对齐、手机与充电板之间的交互、充电管理与控制等问题。

目前，无线充电技术尚存若干技术难题，如提高充电效率、降低成本、增加有效充电距离（Qi标准的设备与充电板的最大距离为4厘米）等。无线充电的电磁波传输过程中损耗较大（电磁辐射与距离的4次方成反比地衰减），这就限定了各种标准的有效充电距离。因此，在提高能效转换上，这一技术有相当大的提升和改进空间。

除了技术问题，眼下最棘手的是不同生产商的标准不一致，这就必须统一规范标准。否则，各厂商的设备无法兼容，会造成无线充电设备的浪费。目前有多种标准在竞争，比较主流的是Qi标准。专家估计，至少要到2015年才会有最终统一的无线充电标准。无线充电组织Power Matters Alliance （PMA）和 Alliance for Wireless Power（A4WP）最近签署了一项初步协议，实现各自标准优势的同时兼容另一方的协议。换句话说，今后基于PMA和A4WP的充电设备可以实现通用，这也是无线充电协议迈向统一的第一步。

无线充电技术一直是智能终端行业的热点话题，消费者潜在需求巨大。美国市场研究机构近期发布的报告显示，全球无线充电市场未来5年内将呈现井喷式增长，年复合增长率预计为57.6%。2011年，无线充电市场的产值仅为4.57亿美元，至2020年，市场规模将达到150亿美元。随着技术的进步，无线充电技术必将大大普及，我们所使用的许多电子产品，包括手机、相机和平板电脑等，都有望彻底告别充电线，让我们拭目以待一个没有插头和插板的世界！□endprint