经典:原理+实践的分析无线充电
品慧电子讯无线充电技术经过了数年的推广与演进后,到如今终于开始受到人们的关注。无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电,正是因为其方便性,才得以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品。这里为大家从理论和实际运作两方面来了解无线充电。
引言无线充电技术经过了数年的推广与演进后,到如今终于开始受到人们的关注。无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电,正是因为其方便性,才得以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品;如此一来,大批厂商愿意投入资金进行相关产品开发,看好其商机。由于这产技术相当新颖且各厂商有自己对技术的表述,所以无线充电、感应式电力、非接触充电、无接点充电都是泛指相同的技术,距离1mm到数公尺都是一样是无线,供电端与受电端交互作用就称感应,所以无线充电是广义的名词而没有一定的规格。1 原理简单,实作困难无线充电的方法在实验阶段有开发出很多方法,但目前唯一有机会量产商品化为线圈感应式。线圈感应式的原理很简单,是百年前就被发现物理现象,但过去长久以来这样的线圈感应只运用在绕线式的变压器中。早期就有人发现将绕线式的变压器的将“E”型铁心绕线后对向紧贴后接上市电就可以感应传电,但距离略为分开后感应效果就消失,这是因为在市电60Hz下,电磁波传递会随着距离增加能量快速衰退。在现今的应用中,由于装置本身需要有外壳包装,发射端加上接收端的外壳厚度至少从3mm起算,早期电动牙刷产品开发时就发现当距离拉开后需要将线圈上的操作频率提高才能让电力能传送的更远;在电磁波中有一个特性,就是频率越高的电磁波可以传送比较长的距离后能量衰减较低。后来RFID应用开始发展,主要就规划的三个频段LF低频(125~135KHz)、HF高频(13.56MHz)、UHF超高频(860~960MHz)可以使用,而这些频段也造就了目前无线电力系统在设计之初频率采用的参考点。早在10年前电动牙刷的无线充电就已经上市,当时的传送功率小、充电时间长,在现在的智能手持装置的耗电状况来看,当时的充电能量不敷使用所以10年来还无法实用化。但这几年来发展出新的技术可用较高的“共振”接收效率运作方式,由于这个技术较新所以各界的说法很多,但都是有一个很重要的特性,就是接收线圈上都会有配置电容来构成一个具有频率特性的接收天线,在特定的频率下可以得到较大的功率移转。这部份就跟早期的电磁感应不同,当距离拉开后依然就可以得到良好的电力传送效果。共振的原理非常简单,就跟钢琴调音师一样放不同水量的玻璃杯,在精准的调音下可以将某个玻璃杯透过共振将其振碎;但其它的文章都没有提到,若是没有经过专业钢琴调音师训练的一般人,可能永远也调不出可以让玻璃杯振碎的频率!这就是原理简单、实作困难。

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1. 磁力激活:在受电端上装一个磁铁,当发射端感应到磁力后开始发送能量,这个方法简单有效,因为没有人会无意中放一个磁铁在发射器上让它烧毁。
2.感应线圈上的资料传送:这是目前认为最安全的方法,与RFID的原理相同,利用两个线圈内的电力传送中,包含资料码一起传送;这个方法最安全也是最难完成的,因为感应线圈上有高能量的电力传输、另外还包含了系统的噪声与负载电流变化的干扰,如何有效的传送资料码是一大难题。

7 无线充电共通标是理想却难以实现目前有业者在推行无线充电标准,理想化的标准是可以跨品牌使用。这个是一个很理想化的目标,所谓的标准就针对两个部份需要规范才能运作;第一就是要有共通的共振频率,电力传输是需要透过预设好的共振频率来传送,发射器提供的电磁波能量之频率需要是接收器的共振频率才能得到好的转换效率。第二就是标准的资料传送码或其它识别激活方式,发射器需要对应到正确的接收器才能开始送电。一个共通的标准的确是市场所期待的,目前在推动无线充电标准化的团体已经运作多时,但在市面上的产品还算少见,这部份可以深入了解后可以发现一些问题,一部份是其标准尚未完整以致研发人员照规格书开发确无法顺利将产品完成;另一个问题是该标准并不是免费的,当产品上市前需要先支付相关专利的权利金,所以共通标准是未来的趋势,但目前实际应用还未成熟。8 三大关键组件牵动三个产业链就无线充电产品看有三大关键组件,其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。目前无线充电尚在起步阶段,市场预期接下来的二到三年会开始高度成长,而四年后将会变成品牌商品的标准备规格之一。这个市场的成长会牵动的产业链不只在电子产业,感应线圈需要精密治具生产这牵动的是机械工业,线圈上需要运用高效能电磁波屏蔽能力的磁性材料这牵动的是化学工业。所以一个产品的成长可以牵动三个产业链,因为这个产品并不是过去已经存在的产品,而是全新的类别全新的应用,相关的材料都要重新开发生产,对经营面来看这也是可以开发的新领域。

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