無線充電原理分析

現在越來越多的行動裝置都支持無線充電了， 那麼無線充電是什麼？原理是什麼？我們來看一下

無線充電

無線充電就是不需要像傳統充電器一樣經過線纜傳輸電到設備裡，只需要將設備和無線充電基座進行接觸，就能進行充電。因此無線充電也可以稱作感應充電或非接觸式感應充電。

我們常見的用於給手機或者手錶之類行動裝置充電的基座這一類無線充電通常是近距離接觸充電，在其他領域的無線充電，距離是可以更大的。

無線充電歷史

其實無線充電技術已經存在了100多年了，但是直到被蘋果公司運用在iPhone8隻有的機型上，這項技術真正進入大眾眼中，也開始迅速普及

尼古拉·特斯拉

早在1894年，尼古拉·特斯拉（這位兄弟非常牛，特斯拉汽車公司的命名也是為了紀念他）就展示了磁共振耦合（Magnetic Resonant Coupling），就是兩個電路之間產生磁場來通過空氣傳輸電

電生磁->磁生電

直到1978年，美國發明家約翰·喬治·博格爾開始嘗試給電動汽車進行無線充電。在那之後又有無數嘗試和發展，我們就看幾個：

2009年1月，WiPower公司制定磁共振標準「A4WP」，支持高達50W的功率傳輸，距離可達5釐米，功率傳輸頻率為6.78 MHz。2010年7月，無線電力聯盟（WPC）制定磁感應標準「Qi」。制定了5W或更小的移動終端的標準2012年1月，IEEE發布根據IEEE標準協會（IEEE-SA）的PMA磁感應標準，行業組成電力事務聯盟（PMA）。該標準與Qi相似，主要建置一套安全，節能的感應電源標準，並進行智能電源管理2015年9月，A4WP與PMA無線充電組織合併成AirFuel Alliance，推動統一無線充電標準

AirFuel Alliance (AFA)

Wireless Power Consortium (WPC)

直到現在，無線充電的標準只剩下兩個：

Wireless Power Consortium (WPC) 的 Qi標準AirFuel Alliance (AFA) 的 AirFuel Resonant（A4WP標準）和 AirFuel Inductive（PMA標準）

無線充電原理

我們來探究一下無線充電原理。

首先需要一點基礎物理，就是【電生磁，磁生電】，簡單說就是電和磁場在一定條件下其實是能夠互相轉換的。無線充電就是基於這樣一個理論來實現的，就是在無線充電基座（發射器）裡將交流電轉成磁場輸出，而設備（接收器）再將磁轉成交流電給設備使用。這樣一個過程就實現了無線充電

無線充電流程

前面時候說到，在無線充電領域的主要三個組織：

擁有Qi標準的WPCPMA擁有Rezence（5cm）標準的A4WP後兩者因為有合作協議，所以實際上就是兩個組織了，WPC和AFA。其中WPC的Qi標準是基於電感式（Induction），而PMA研究方向也是電感式，至於A4WP則是共振式（resonance）。

因此目前主流的無線充電方式有兩種：

強耦合電感式無線輸電（Tightly-coupled induction）：此種方式是基於法拉第電磁感應原理，特點是傳輸距離短弱耦合磁共振式無線輸電（Loosely-coupled resonance）：特點是傳輸距離遠、效率高、功率大，潛在的實用價值高。相比之下共振式充電能距離更遠，效率高，且能同時為多個設備充電。但是目前市面上主流的無線充電基座都是基於Qi標準的（包括給iPhone充電的）

強耦合的意思是，手機放到無線充電基座上一定要是正確的位置，幾乎是不能有過多的偏差，否則就不能充電；而弱耦合的意思是，你手機隨便放在無線充電基座上，根本不需要固定放到某個位置才能充電，只要隨便擺放在基座上就可以充電，這就是強弱耦合的差別。

至於電磁式（MCI-WPT）和磁共振式（MCR-WPT）差別是什麼呢？主要區別在於一個是靠法拉第的電磁感應傳輸電能，一個是靠共振傳輸電能

電磁式是用基座電生磁，而手機上磁生電這樣一個過程共振式會讓發射裝置和接收裝置有相同的共振頻率，當產生共振就可以完成電能的傳輸。強磁耦合共振能使得磁場強度加強，電流幅值增大數倍，所以傳輸距離和效率都會比利用空心變壓器實現無線電能傳輸的電感式更好

小知識

拿iPhone為例，官方支持7.5W輸出（外面買的很多隻支持5W），但是必須有QC3.0的充電頭，否則依然是輸出5W，不過5W比不上目前的快充技術，但是比USB（2.5W）充電快很多了

你可能也好奇過如果將手放在無線充電基座和手機之間會不會被電？哈哈，我試過，結果是不會的。其實交流電通過線圈生磁場，在空氣中是以磁的形式存在的，只有到手機的線圈上磁才會再次變成電，空氣中是沒有電的

我曾經好奇過iPhone手機同時接著充電線再放在無線充電基座上是不是能更快充電，當時感覺應該是沒有加快，但是並不確定，直到最近有在官方看到有說連接充電線時，是不會進行無線充電的..

在無線充電的時候，不要將銀行卡、身份證、護照等帶有磁性的物品夾在中間，你夾你的手沒事，夾這些東西可能就會導致這些東西消磁（上面也有說在空氣中是存在磁場的）

總結

目前支持無線充電的產品非常多了，包括電動牙刷、手機、手錶、汽車等等，可以預見未來會有更多的設備支持無線充電，並且無線充電也會發展，不管最後是電磁式還是共振式，傳輸距離範圍只會越來越大，傳輸效率也會越來越高