隨著物聯網、可穿戴和可攜式設備的發展,人們對於智能電子產品的依賴性越來越高。然而雜亂的充電線時常會讓消費者感到頭疼，頻繁插拔線材對充電接口也會造成一定損傷，於是人們開始尋求新的充電方式來改變這一狀況。當下，越來越多的電子設備開始採用無線充電技術。
日前，小米十周年發布會上發布了小米10「超大杯」系列，將無線充電的功率提升至50W，理論上通過無線充電花40分鐘即可將手機電量充滿。同時，小米還推出了兩款無線充電配件產品，以配合手機的使用需求。利用無線充電技術強勢吸引眼球的並非小米一家，在今年華為、三星等發布的新品中，也能不斷看到無線充電技術的身影。
那麼，無線充電的基本原理是什麼?有線充電與無線充電對硬體的性能有什麼不同的要求?隨著無線充電技術的發展，未來有線充電會被完全取代嗎?就此，科技日報記者採訪了國內有關專家。
通過電磁感應給手機無線充電
簡單來看，無線充電技術是一種非物理接觸的電能傳輸方式，對於充電器的位置沒有限制，使用時只需將行動裝置放置在充電板上即可完成充電。
當前，無線充電作為一種可攜式的充電方式，已被應用到了生活中的諸多領域，適用範圍主要包括各種小功率電子設備，例如手機、平板電腦、電動牙刷、手環、電子手錶、電子眼鏡等。
在公共區域，無線充電技術還常被用來提供公益性或租賃式充電服務，並將成為未來生活中重要的應用場景，例如讓電動汽車擺脫粗重的充電線纜，實現隨時隨地充電。
那麼，該技術究竟是如何完成充電的?「無線充電技術最早起源於1890年尼古拉·特斯拉的無線電力輸送設想，主要理論基礎是電磁感應，簡單可以理解為『電生磁、磁生電』原理。」廈門大學信息學院副院長洪學敏教授說。
洪學敏以手機無線充電器為例解釋說，無線充電器中有一個磁芯，外面繞有線圈，充電器內部的電流通過線圈時會產生感應磁場，而電磁場能夠進行空間傳播。同時，手機中也有一個相應的接收線圈，在一定空間範圍內，能夠接收到充電器發出的電磁場，再經過一定的電路處理，就可以給手機充電了。
隨著充電技術的不斷發展，現在通過磁共振、電場耦合、無線電波傳輸等方式也可以實現無線充電，不過專家認為，當前主要的幾種無線充電方式各有利弊，近乎完美的無線充電方式還沒出現。
「電磁感應式是目前發展最為成熟、可以大規模普及的一種方式，它對於環境的適應能力比較強，而且已經實現了商業化和產業化。」華東師範大學通信與電子工程學院、上海市多維度信息處理重點實驗室李慶利教授介紹說，這種方式採用的電磁波頻率較低，遠場區域僅存在少量電磁波，因而對其他設備不會造成太大的電磁幹擾。但是，這種方式的充電效率較低，較難滿足大功率電器的充電需求。
此外，磁共振無線充電方式具備傳輸距離遠、可以一對多無線充電等優點，適合未來在新能源汽車無線充電、公共場所無線充電熱點布置等應用場景中推廣使用，但是技術發展還不夠成熟。同時，無線電波式、電場耦合式的無線充電技術在未來的產業化應用場景，也需要進一步探索。
用電更安全、防水防潮性更好
據專家介紹，有線充電和無線充電的區別不僅僅在於充電方式的差異，二者對電子設備的硬體性能也有著不同的要求。
科技日報記者了解到，有線充電目前十分成熟，硬體上只需要相應的接口和電源管理接口電路。而無線充電相比有線充電對設備硬體性能要求更高，由於充電方式不同，其充電器和接收器都需要重新設計。
「比如手機、智能穿戴等電子設備一般包含中央處理器(CPU)、數位訊號處理(DSP)等運
算處理晶片，無線充電的高頻交變電場可能會對這些晶片產生一定程度的幹擾，在設計上需要加強對交變電場的屏蔽措施，或採用具有更高抗幹擾能力的晶片。」李慶利說。
洪學敏也指出，無線充電目前還存在功率損耗方面的問題，充電時容易產生不必要的熱能，使得充電過程中電子設備的溫度明顯上升，因此設計無線充電類型的產品，需要選取耐熱性能比較好的電池。
無線充電技術逐步走向成熟，也給電子產品帶來了新的變化，使得新型電子產品具備了更多的新優勢：首先，無線充電技術解決了當電子設備過多時，消費者手中線纜過多的問題;另外，免插拔設計的電子產品具有較高的用電安全性，可避免電源線腐蝕老化帶來的漏電風險;設備密封性好，具有較好的防水防潮能力，在潮溼或易積水場合也能安全使用。
「無線充電技術極大地滿足了人們對電子設備便攜性、高效率等品質的追求，可以說無線充電技術是未來的主要趨勢。」李慶利說。
完善用戶體驗是全面普及的關鍵
雖然與傳統的有線充電方式相比，無線充電技術具有諸多優勢，但是該技術誕生至今並沒有全面普及，箇中原因既包括當前技術上的限制，也不乏人們對無線充電技術存在認識誤區。
「無線充電設備需要內置充電線圈，這造成可攜式設備體積相對有線充電方式的要大，同時增加了產品的成本，用戶接受度差。此外，實際使用過程中，無線充電的功率仍然較低，也使得用戶體驗較差。」洪學敏說。
同時，記者還了解到，人們對於無線充電依舊存在一些顧慮，例如電磁輻射等。對此，北京工業大學應用數理學院周洪直副教授曾在一次採訪中指出，給手機無線充電會產生一定的輻射，但在產品有質量保證和正確使用的前提下，這種輻射對人體幾乎沒有危害。
「未來，要實現無線技術的完全普及，還需要學術界和工業界一起攜手進行技術上的突破。」李慶利建議，從技術角度看，可以研究減小接收端線圈體積的方法，嘗試設計新材料線圈;研究提高充電效率的方法，縮短充電時間，比如從充電波形、電路設計、線圈新材料選擇、提高電池充電電流等方面考慮;鼓勵廠商形成相關產業聯盟，並嚴格按照國家標準進行設計和生產，嚴格控制產品質量，防止出現充電安全事故給用戶造成損害。
洪學敏則認為應當進一步完善相應無線充電國家標準，建議國家給予更多政策支持，推動產學研相結合。同時，應大力宣傳無線充電的安全性及優點，使用戶逐漸消除對無線充電的誤解。(記者謝開飛通訊員歐陽桂蓮)