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                                位置:51電子網 » 電子資訊 » 設計技術

                                解讀無線充電技術

                                發布時間:2018-9-30 9:53:12 訪問次數:898

                                51電子網公益庫存:
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                                1.電磁感應方式

                                我們今天見到的各類無線充電技術,大多是采用電磁感應技術,我們可以將這項技術看作是分離式的變壓器。我們知道,現在廣泛應用的變壓器由一個磁芯和二個線圈(初級線圈、次級線圈)組成;當初級線圈兩端加上一個交變電壓時,磁芯中就會產生一個交變磁場,從而在次級線圈上感應一個相同頻率的交流電壓,電能就從輸入電路傳輸至輸出電路。如果將發射端的線圈和接收端的線圈放在兩個分離的設備中,當電能輸入到發射端線圈時,就會產生一個磁場,磁場感應到接收端的線圈、就產生了電流,這樣我們就構建了一套無線電能傳輸系統。

                                這種技術的主要缺點在于,磁場隨著距離的增加快速減弱,一般只能在數毫米至10mm的范圍內工作,加上能量是朝著四面八方發散式的,因此感應電流遠遠小于輸入電流,能源效率并不高。但對于近距離接觸的物體這就不存在問題了。最早利用這一原理的無線充電產品是電動牙刷——電動牙刷由于經常接觸到水,所以采用無接點充電方式,可使得充電接觸點不暴露在外,增強了產品的防水性,也可以整體水洗。在充電插座和牙刷中各有一個線圈,當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用,利用電磁感應的原理來傳送電力,感應電壓經過整流后就可對牙刷內部的充電電池充電。

                                2.磁共振方式 與電磁感應方式相比,磁共振技術在距離上就有了一定的寬容度,它可以支持數厘米至數米的無線充電,使用上更加靈活。磁共振同樣要使用兩個規格完全匹配的線圈,一個線圈通電后產生磁場,另一個線圈因此共振、產生的電流就可以點亮燈泡或者給設備充電。除了距離較遠外,磁共振方式還可以同時對多個設備進行充電,并且對設備的位置并沒有嚴格的限制,使用靈活度在各項技術中居于榜首。在傳輸效率方面,磁共振方式可以達到40%~60%,雖然相對較低但也進入商用化沒有任何問題。http://yushuolyf.51dzw.com/

                                3.電磁耦合方式

                                相對于傳統的電磁感應式,電場耦合方式有三大優點:充電時設備的位置具備一定的自由度;電極可以做得很薄、更易于嵌入;電極的溫度不會顯著上升,對嵌入也相當有利。首先在位置方面,雖然它的距離無法像磁共振那樣能達到數米的長度,但在水平方向上也同樣自由,用戶將終端隨意放在充電臺上就能夠正常充電。我們可以看到電場耦合與電磁感應的對比結果,電極或線圈間的錯位用dz/d(中心點距離/直徑)參數來表示,當該參數為0時,表示兩者完全重合,此時能效處于最高狀態。當該參數為1時,表示兩者完全不重合。我們可以看到,此時電場耦合方式只是降低了20%的能量輸入,設備依然是可以正常充電,而電磁感應式稍有錯誤、能量效率就快速下降,錯位超過0.5時就完全無法正常工作,因此,電磁感應式總是需要非常精確的位置匹配。

                                電場耦合方式的第二個特點是電極可以做到非常薄,比如它可以使用厚度僅有5微米的銅箔或者鋁箔,此外對材料的形狀、材料也都不要求,透明電極、薄膜電極都可以使用,除了四方形外,也可以做成其他任何非常規的形狀。這些特性決定了電場耦合技術可以被很容易地整合到薄型要求高的智能手機產品中,這也是該技術相對于其他方案最顯著的優點。顯而易見,若采用電場耦合技術,智能手機廠商在設計產品時就有很寬松的自由度,不會在充電模塊設計上遭受制肘。

                                第三個優點就是電極部分的溫度并不會上升——困擾無線充電技術的一個難題就是充電時溫度較高,會導致接近電極或線圈的電池組受熱劣化,進而影響電池的壽命。電場耦合方式則不存在這種困擾,電極部分的溫度并不會上升,因此在內部設計方面不必太刻意。電極部分不發熱主要得益于提高電壓,如在充電時將電壓提升到1.5kv左右,此時流過電極的電流強度只有區區數毫安,電極的發熱量就可以控制得很理想。不過美中不足的是,送電模塊和受電模塊的電源電路仍然會產生一定的熱量,一般會導致內部溫度提升10~20℃左右,但電路系統可以被配置在較遠的位置上,以避免對內部電池產生影響。

                                4.微波諧振方式

                                這項技術采用微波作為能量的傳遞信號,接收方接受到能量波以后,再經過共振電路和整流電路將其還原為設備可用的直流電。這種方式就相當于我們常用的wi-fi無線網絡,發收雙方都各自擁有一個專門的天線,所不同的是,這一次傳遞的不是信號而是電能量。微波的頻率在300mhz~300ghz之間,波長則在毫米-分米-米級別,微波傳輸能量的能力非常強大,我們家庭中的微波爐即是用到它的熱效應,而英特爾的微波無線充電技術,則是將微波能量轉換回電信號。

                                微波諧振方式的缺點相當明顯,就是能量是四面八方發散的,導致其能量利用效率低得出奇,如英特爾的這套方案,供應電力低至1瓦以下,乍一看起來實用性相當有限。而它的優點,則是位置高度靈活,只要將設備放在充電設備附近即可,對位置的要求很低,是最符合自然的一種充電方式。我們可以看到,當設備收發雙方完全重合時,電磁感應和微波諧振方式的能量效率都達到峰值,但電磁感應明顯優勝。不過隨著x-y方向發生位移,電磁感應方式出現快速的衰減,而微波諧振則要平緩得多,即便位移較大也具有相當的可用性。http://yushuo1.51dzw.com/

                                隨著物聯網(iot)、可穿戴和便攜式設備的發展,消費者開始厭倦雜亂的電纜和需要頻繁充電的電池。無線充電的優勢遠遠不止于擺脫線纜的束縛。當前市場上各種各樣的近場、遠場充電無線技術,這些技術都需要遵循不同的標準,也需要不同程度的相互融合。隨著人們對擺脫線纜供電的追求與日俱增,無線充電被應用于越來越多的領域。

                                無線充電技術大體可以分為四種類型,第一類是通過電磁感應“磁耦合”進行短程傳輸,它的特點是傳輸距離短、使用位置相對固定,但是能量效率較高、技術簡單,很適合作為無線充電技術使用。第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁共振”等形式傳輸,它具有較高的效率和非常好的靈活性,是目前業內的開發重點。第三類是“電場耦合”方式,它具有體積小、發熱低和高效率的優勢,缺點在于開發和支持者較少,不利于普及。第四類則是將電能以微波的形式無線傳送——發射到遠端的接收天線,然后通過整流、調制等處理后使用。文章出自:電子曰

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