摘要：針對近兩年蓬勃發(fā)展的無線充電技術(shù)，分析了消費者應(yīng)用層面的需求，介紹了現(xiàn)在常見的充電技術(shù)，再深入分析了現(xiàn)行唯一已制定并公開標(biāo)準(zhǔn)的無線充電聯(lián)盟之Qi技術(shù)，包括工作原理，標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及認(rèn)證流程等。

智能手機在日漸改變我們的生活，無論是在網(wǎng)絡(luò)上還是網(wǎng)絡(luò)下?？墒窃诓粩嘣黾拥男绿匦韵?，電池的壽命并沒有趕上。手機每當(dāng)發(fā)出“悲滄”的低電量警告聲，這時最頭疼的是就是四處跳腳地借充電器……不喜歡這樣可以怎么樣?設(shè)想一下，當(dāng)你坐下喝杯咖啡時，將手機象平時一樣隨意地放在桌子上的情況。沒有連接任何的線纜，而不同的是這時手機會亮起充電燈然后開始自動進(jìn)入充電狀態(tài)了。每天你可以一把抓起你的手機然后無論何時在任何你需要的地方進(jìn)行充電，如在公司、在圖書館、在咖啡廳、或是在家里。尤其當(dāng)這些時候都不需要使用任何有線的充電器，或者USB線。這樣我們就不需要擔(dān)心舊充電器的回收環(huán)保問題了，也不用操心去選擇配對的充電器以配合自己的手機型號。2012年9月，當(dāng)諾基亞新一代智能手機Lumia發(fā)布現(xiàn)場提到無線充電功能時，“Qi Wireless Charging”(Qi無線充電)這幾個字浮現(xiàn)在會場的大屏幕上。這是Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電技術(shù)首次被一款聚光燈下的消費電子產(chǎn)品帶入大眾視野，同時也進(jìn)一步拉近了夢想與現(xiàn)實的距離。在今年即2013年7月26日，GOOGLE發(fā)布了升級版的NEXUS 7，是首款內(nèi)置Qi無線充電技術(shù)的最新平板。這意味著無線充電技術(shù)已經(jīng)是當(dāng)下方向，并向著成為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)配置的方向前進(jìn)。

一、 無線充電主流技術(shù)

聽起來無線充電好像是很科幻的東西，但其實并不是未來世界才會發(fā)生的事情?？茖W(xué)家和工程師們在近兩個世紀(jì)前就已經(jīng)知道，傳遞電力并不需要電線始終保持物理接觸，無線充電技術(shù)在智能手機上的應(yīng)用也絕非是新鮮事。其背后的技術(shù)和理論是由科學(xué)家尼古拉特斯拉提出來的。另外其實有些電動牙刷和手術(shù)移植的設(shè)備已經(jīng)在使用無線充電技術(shù)了，如人工心臟。

采用感應(yīng)充電方式的無線充電，是基于一個基本的原理，需要兩個線圈，一個作為發(fā)射機，一個作為接收機，交流電流流過發(fā)射機線圈會產(chǎn)生一個磁場，而該磁場又會在接收機線圈感應(yīng)出一個電場，這個電場就可以用來驅(qū)動一個移動式設(shè)備或者對一個電池充電。

目前的無線充電技術(shù)還不算成熟，不僅技術(shù)發(fā)展緩慢，標(biāo)準(zhǔn)也尚未統(tǒng)一。世界上有三大主流聯(lián)盟致力于無線充電技術(shù)的開發(fā)及商用，以及Qi標(biāo)準(zhǔn)的制定，這三大聯(lián)盟是無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium，簡稱WPC)、Power Matters Alliance(PMA)以及Alliance for Wireless Power(A4WP)。他們利用的電力無線傳輸技術(shù)有兩種：電磁感應(yīng)型(利用電流通過線圈產(chǎn)生磁力實現(xiàn)近程無線供電)和磁場共鳴型(利用磁場等共鳴效應(yīng)近程無線供電)。

1. Qi標(biāo)準(zhǔn)

Qi是全球首個推動無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織無線充電聯(lián)盟推出的“無線充電”標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征。首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個Qi的標(biāo)識，都可以用Qi無線充電器充電。其次，它攻克了無線充電“通用性”的技術(shù)瓶頸，在不久的將來，手機、相機、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。

目前，市場比較主流的無線充電技術(shù)主要通過三種方式，即電磁感應(yīng)、無線電波、以及共振作用，而Qi采用了目前最為主流的電磁感應(yīng)技術(shù)。在技術(shù)應(yīng)用方面，中國公司已經(jīng)站在了無線充電行業(yè)的最前沿。目前Qi的應(yīng)用產(chǎn)品主要是手機，這是第一個階段，以后將發(fā)展運用到不同類別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。

2. Power Matters Alliance標(biāo)準(zhǔn)

Power Matters Alliance標(biāo)準(zhǔn)是由Duracell Powermat公司發(fā)起的，而該公司則是由寶潔與無線充電技術(shù)公司Powermat合資經(jīng)營。除此以外，Powermat公司還是Alliance for Wireless Power(A4WP)標(biāo)準(zhǔn)的支持成員之一。

目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟(Power Matters Alliance縮寫)。PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)的手機和電子設(shè)備制定無線供電標(biāo)準(zhǔn)，其利用的也是電磁感應(yīng)原理。

3. A4WP標(biāo)準(zhǔn)

A4WP是Alliance for Wireless Power標(biāo)準(zhǔn)的簡稱，由美國高通公司、韓國三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創(chuàng)建的無線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。該聯(lián)盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對話機制。

二、 WPC無線充電聯(lián)盟

WPC是目前商用最廣泛的聯(lián)盟，并且已建立了清晰的全球標(biāo)準(zhǔn)、測試標(biāo)準(zhǔn)及Qi符合性測試體系。另兩個聯(lián)盟則還在起步階段或者其影響范圍僅限于某些地區(qū)。

WPC成立于2008年，由全球領(lǐng)先的數(shù)個消費電子公司創(chuàng)建，是全球首個推動無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的組織?，F(xiàn)在已有超過150個成員，包括美國最大的本地電話運營商Verizon、諾基亞、三星、HTC、德州儀器、華為等公司。WPC標(biāo)準(zhǔn)定義了電感耦合(線圈結(jié)構(gòu))的類型，以及低功耗無線設(shè)備所用的通信協(xié)議。同時現(xiàn)行的無線充電規(guī)格將從低功率充電逐步邁向高功率。屆時，不僅是通信類產(chǎn)品，而且包括家用電器等在內(nèi)的高功率產(chǎn)品都能實現(xiàn)無線充電。現(xiàn)在為止已經(jīng)有超過200個Qi的設(shè)備得到認(rèn)證，產(chǎn)品在全世界各大洲都可以購買到。

1. 會員類別

1) 普通會員(一萬五千美金年費)

l 可以使用Qi商標(biāo)

l 可以獲取新規(guī)格的草稿

l 可以就規(guī)格的發(fā)展提供建議

l 可以參與到互操作性的測試中

2) 固定會員(兩萬美金年費)

l 要滿足相關(guān)的會員背景要求

l 有限定的名額及需要投入相當(dāng)資源到WPC Qi的發(fā)展中

3) 新增的成員類別

年收入在10,000,000美金以下的小型公司，可以以2000美金的會費加入無線充電聯(lián)盟并維持12個月。在12個月后，小型公司成員會自動轉(zhuǎn)為普通會員并且需要繳付一個正常會員的年費。

普通會員的認(rèn)證產(chǎn)品注冊是免費的。而小型公司會員則需要為每個產(chǎn)品支付2500美金的注冊費用以在無線充電聯(lián)盟的網(wǎng)站上的認(rèn)證產(chǎn)品庫中進(jìn)行注冊。

2. WPC Qi標(biāo)準(zhǔn)及其工作原理

WPC的標(biāo)準(zhǔn)命名為Qi，公布于2009年8月。“Qi”來自于中醫(yī)原理中的“氣”的發(fā)音，象征生命能量。

Qi原理是電磁波感應(yīng)原理及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送和接收端用相應(yīng)的線圈來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進(jìn)行充電。通過線圈內(nèi)創(chuàng)造出一個強電磁場(線圈外的感應(yīng)則很弱)，用戶只需將裝載接收器的終端設(shè)備放在這個“平板”上即可進(jìn)行充電。

訂立Qi標(biāo)準(zhǔn)背后的想法很簡單，即希望所有帶有Qi標(biāo)記的設(shè)備可以互相間完美支持和工作。Qi解決了無線充電的通用性問題，使得無線充電的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。

Qi系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

Qi接收機將控制信號通過感應(yīng)電場傳送給發(fā)射機，控制發(fā)射機輸出的電力(即接收機將接收的電力)。需要留意的是Qi發(fā)射機并不通過感應(yīng)電場傳送任何帶信息和數(shù)據(jù)的射頻信號，只是純粹接收Qi接收機發(fā)送的數(shù)據(jù)。所以從無線通訊的角度考慮，Qi發(fā)射機其實是無線接收機，而Qi接收機則是無線發(fā)射機。

圖1 Qi系統(tǒng)工作及通訊框圖

Qi發(fā)射機和接收機的配對及進(jìn)入正常工作的通訊過程如圖2所示，分四步進(jìn)行：開始 (start)à脈沖探測(ping)à辨識及配置(identification and configuration)à功率傳輸(power transfer)。

首先發(fā)射機給出一個數(shù)字辨識脈沖信號;

接收機接收并辨識到是正確的辨識脈沖后將現(xiàn)在接收機的狀態(tài)傳給發(fā)射機——該數(shù)據(jù)包稱為信號強度數(shù)據(jù)包(Signal Strength);

發(fā)射機接收并辨識到正確的信號強度數(shù)據(jù)包后開始進(jìn)入無線充電準(zhǔn)備狀態(tài);

接收機傳送定位(Identification)數(shù)據(jù)包將需要的功率信息傳送給發(fā)射機;

發(fā)射機對應(yīng)定位數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)節(jié)并傳輸相應(yīng)要求的功率

接收機接收到功率后不斷和本身需要的功率進(jìn)行檢測和比較，并將需要的改變量傳遞給發(fā)射機，發(fā)射機也就不斷改變發(fā)送的功率，直到最后接收機充電完畢，就會給出結(jié)束充電(End of Power)信號給發(fā)射機而停止充電，以防充電過量而產(chǎn)生危險。

圖2 Qi系統(tǒng)工作及通訊流程

3. Qi標(biāo)準(zhǔn)的要求

Qi的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)階段暫時只有低功率規(guī)范，包含三部分：界面定義、性能要求以及符合性測試。

1) 對產(chǎn)品設(shè)計界面的要求，發(fā)射機方面是有明確定義的。對于線圈的具體尺寸、屏蔽材料、磁環(huán)等都有清晰描述，并且要求必須遵守。而偵測電路則可以由制造商自行決定，這一部分只做了指引性介紹，并沒有具體要求。接收機的細(xì)節(jié)要求并沒有指定，只是參考性的指引而已。制造商可以自由設(shè)計產(chǎn)品的尺寸，而要滿足的前提只有一個：須通過Qi符合性測試(Qi規(guī)格第三部分內(nèi)容)。

2) Qi系統(tǒng)的效率要求

無線充電的效率由于工作原理的原因始終不可能超過有線充電，但是一直在提高中(約72~78%)。

在現(xiàn)階段對于第二部分沒有測試要求。

3) 符合性測試要求

所有適用的要求(測試項目)都需要進(jìn)行測試。每個測試需要單獨重復(fù)進(jìn)行3~5次，而最終結(jié)果是取其平均值。需要留意的是符合性測試只是Qi認(rèn)證的第一步而已。第二步是互操作性測試，會在WPC指定的互操作性實驗室(現(xiàn)階段是位于比利時的Testronik)進(jìn)行，將樣品與已經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品進(jìn)行互操作性的兼容測試。只有在互操作性測試也符合的結(jié)果下，產(chǎn)品才可以正式宣傳滿足Qi的要求，并打上Qi標(biāo)識

測試的項目對于發(fā)射機和接收機各有不同的關(guān)鍵項目。

發(fā)射機的關(guān)鍵測試項目：

- 最小可承受調(diào)制負(fù)載

- 可持續(xù)提供有保證的功率

- 工作頻率的正確性

接收機的關(guān)鍵測試項目：

- 足夠的調(diào)制深度

- 對于發(fā)射機偵測脈沖的及時反應(yīng)時間

- 數(shù)據(jù)包正確的時隙

- 數(shù)據(jù)包內(nèi)容的正確性

4. Qi標(biāo)準(zhǔn)版本的變更

Qi標(biāo)準(zhǔn)第一個版本是V1.0，而V1.1標(biāo)準(zhǔn)在2012年三月實施。

V1.1版本和V1.0版本最大的不同點是增加了一個重要的異物偵測(FOD)的要求及對應(yīng)的測試項目。

異物偵測技術(shù)改善了發(fā)射機偵測接收機附近寄生金屬的敏感度，并且防止這些物質(zhì)被無線充電“誤傷”而“充電”發(fā)熱。異物偵測功能的加入讓發(fā)射機和接收機的功率傳輸更加可靠和高效。

所謂的“異物”比如說有手機后面無意不知道哪里粘附的硬幣，香口膠的錫箔包裝紙，實驗室里面使用的焊錫，基本上就是所有不是接收機但是會出現(xiàn)在發(fā)射機和接收機中間的物件。

對于異物偵測的測試要求，發(fā)射機可以有三種方式達(dá)成，一是偵測到異物后就截斷功率傳輸，二是當(dāng)表面溫度過高時截斷功率傳輸，又或者第三種方式也可以，就是當(dāng)發(fā)射機發(fā)現(xiàn)接收機在不斷的要求增加功率時將功率傳輸截斷。

而接收機則必須做到將正確的功率反饋回給發(fā)射機，包括準(zhǔn)確接收到的功率值以及準(zhǔn)確的需求功率。

V1.1.2版本的更新

V1.1.2的測試規(guī)范從2013年6月19號開始生效。舊1.1規(guī)范會在2013年12月19日過期，從第二個日期開始，只有按照1.1.2的規(guī)范才能進(jìn)行測試和發(fā)證。

新產(chǎn)品已經(jīng)不允許按照1.0.3規(guī)范來進(jìn)行認(rèn)證，使用1.0.3現(xiàn)在只允許在之前認(rèn)證的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行同類列名，并且該方式也只到2014年6月24日止。

從2014年6月14日起，不允許任何產(chǎn)品按照1.0.3的規(guī)范來進(jìn)行生產(chǎn)和銷售。

唯一例外的情況是：汽車產(chǎn)業(yè)仍然允許在2013年9月30前進(jìn)行1.0.3版本的產(chǎn)品測試和認(rèn)證。并且仍然可能在得到特別許可后在2014年6月24日后銷售1.0.3規(guī)范的發(fā)射機。而替換使用中的1.0.3的發(fā)射機則沒有時限要求。

5. Qi認(rèn)證流程

Qi資格認(rèn)證包括兩個步驟：

1. 在WPC授權(quán)指定的Qi符合性實驗室完成Qi標(biāo)準(zhǔn)第三部分的符合性測試;

2. 在比利時的Testronik完成互操作性測試。

請留意Qi符合性測試是要求在最終成品上進(jìn)行測試，而不可以是工程樣品。制造商需要提供三個完整的成品作為樣品，一個用于符合性測試，兩個送到互操作性實驗室測試。在測試完成后樣品會封存在這兩個實驗室。所有的認(rèn)證樣品都會和之前的樣品在互操作性實驗室進(jìn)行互操作性實驗，以確保新的Qi的產(chǎn)品可以和所有的舊產(chǎn)品正常工作。

在互操作性實驗通過后，測試該產(chǎn)品的符合性實驗室會收到通知，這時就可以由該符合性實驗室頒發(fā)最終的Qi符合性測試報告和證書了。

申請認(rèn)證的制造商需要將已認(rèn)證產(chǎn)品上載到WPC的官方網(wǎng)站進(jìn)行列名。

請留意這一步是強制要求的。不過只有WPC的成員才可以看到。而列名該產(chǎn)品的會員可以自由決定是否將該產(chǎn)品的列名信息公開給非會員。

三、 現(xiàn)階段Qi技術(shù)發(fā)展和更新

WPC將制定一個新的設(shè)備類別——接收機模塊，該類別的接收機模塊必須使用一個經(jīng)Qi認(rèn)證的接收機線圈和電子件。

該類模塊不需要完成全套的接收機測試，只須進(jìn)行部分測試(4~5個測試項目)。而互操作性測試依然是強制需要的。

Qi未來發(fā)展的第一步是升級現(xiàn)僅有的低功率標(biāo)準(zhǔn)，從5瓦增加到15瓦。增加功率可以提供更快的充電時間，同時可以滿足中等功率產(chǎn)品的要求，如平板電腦、筆記本電腦等，讓它們也可以享受到像現(xiàn)在的無線充電鼠標(biāo)，無線充電手機相同的無線充電的“快感”。

而再下一步就是再將功率增加到30瓦、90瓦、120瓦，甚至乎是更高的2千瓦，如廚房電水壺、攪拌器等，以及電視機和其他電器設(shè)備。

功率增加帶來的第一個挑戰(zhàn)就是如何兼容之前的Qi設(shè)備。另外的困難是功率增大是否會讓充電距離也可以增加;如果增加了，會對其他電器，尤其人體產(chǎn)生影響。

現(xiàn)在可充電的兩線圈最大距離是約5毫米，而更有測試顯示在特定條件下，比如說使用特制的線圈，其最大可充電距離增加到4~5厘米。這么大的距離的增加是否會降低充電效率，是否會增加安全隱患，比如說SAR(測試電磁輻射對人體的影響——特定吸收比)測試是否能夠通過。

無線充電聯(lián)盟WPC現(xiàn)正在這些問題上進(jìn)行研究，暫時還沒有可公布的時間表。其首要研究的課題是大功率設(shè)備和現(xiàn)有小功率設(shè)備的兼容性。

坊間對無線充電技術(shù)雖然還有頗多認(rèn)知誤區(qū)，例如電磁輻射是否泛濫、充電效率如何、充電成本是否高等，但難擋未來三年其將掀起手機、電腦、電視，甚至電動汽車等領(lǐng)域的新風(fēng)潮。有專家樂觀預(yù)計北美第一輛支持Qi標(biāo)準(zhǔn)的電動汽車最早將于2013年問世。無線充電未來將大有發(fā)展，根據(jù)市場研究機構(gòu)的報告，全球無線充電市場將在未來五年內(nèi)獲得井噴式增長，到2017年將形成超過70億美元的規(guī)模，而在2011年這一數(shù)字僅僅只有4.57億美元，年復(fù)合增長率預(yù)計為57.6%，因此無線充電將不再是小眾技術(shù)。

希望不久的未來，我們不再需要為每個設(shè)備購買單獨的充電器。帶著你的Qi標(biāo)識的設(shè)備，當(dāng)電量低時，只需找到最近的充電站——你會發(fā)現(xiàn)他們在辦公室、酒店、機場、火車站和咖啡館等，Qi充電站將無處不在，類似現(xiàn)在的Wi-Fi熱點，希望無線充電很快成為消費者尋找購買新的設(shè)備的一個基本的考慮因素。

關(guān)于德國萊茵TUV：

德國萊茵TUV 集團作為國際知名的獨立第三方檢驗、 檢測和認(rèn)證機構(gòu)， 擁有140年的經(jīng)驗，在全球五大洲 65 個國家設(shè)有 500 家分支機構(gòu)， 全球員工數(shù)超過 17200， 能提供全球客戶所需的專業(yè)服務(wù)支持。 德國萊茵TUV大中華區(qū)員工約 3000 人，服務(wù)范圍包含工業(yè)及能源服務(wù)、電子電氣產(chǎn)品測試、通訊測試、消費品測試、人體工學(xué)評估、交通服務(wù)、軌道系統(tǒng)安全、食品安全、綠色產(chǎn)品認(rèn)證、碳排放管理、培訓(xùn)與咨詢及管理體系等檢驗認(rèn)證服務(wù)。 德國萊茵TUV 向來以嚴(yán)謹(jǐn)高質(zhì)量的測試認(rèn)證服務(wù)著稱，并以公正獨立的角度提供各項專業(yè)評估，為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)提供符合安全、質(zhì)量以及環(huán)保的優(yōu)質(zhì)服務(wù)和解決方案。