【Microchip达人分享】手机Qi标准的无线充电功能的发展概述

2023-8-3 13:56

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]今天的分享将介绍一下无线充电的发展的简要历程及基本概念。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]一.无线充电联盟WPC解释

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]无线充电联盟 (WPC) 是一个全球性组织，致力于开发和推广称为 Qi 的无线充电全球接口标准。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]此接口标准确保符合该标准的设备的互操作性。超过600家企业支持凭借数千种认证产品，Qi已成为手持式消费电子产品标准的国际无线充电标准。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]本文档介绍了 Qi 规范，该规范适用于移动手机和平板电脑等平面设备，其功耗高达 15 W 。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]WPC 积极研究无线功率传输的新应用，例如无线厨房用具解决方案，使用安装在台面和桌子下方的功率发射器，使各种厨房电器和智能炊具无需电源线即可运行。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Qi 徽标是无线充电联盟的注册商标，可供联盟成员在成功完成测试后展示其产品，

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]经过 Qi 认证的产品的数据库保存在 WPC 的公共网站上，消费者可以在该网站上查找产品是否经过测试，是否符合 Qi 标准以及与其它 Qi 无线产品的互操作性。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Qi (气; qì) 发音为“chee”，是能量流或生命力的中文单词。 Qi 规范 1.2 版引入了快速充电，涵盖15W的发射器和接收器产品。然而，扩展的架构限制功率配置高达 30 W，这将适应越来越多的 Qi 产品设计系列。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]二.国内无线充电发展趋势

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]我国智能手机等设备发展很快，出于安全性及保护其它无线设备的考虑，于是工信部在2021 年2 月19 日发文，向社会公开征求《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定（征求意见稿）》的意见。

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图1 无线充电50W限制

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在上述技术要求中，手机等无线充便携式设备充电功率限制在50W,并且规定了他们可以使用的几个频率段。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定（征求意见稿）》发布的两年后，2023 年5 月30 日，工信部出台《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》，该通知内包含两份附件，无线充电（电力传输）设备技术要求、我国相关射电天文台台址及与无线充电设备之间的干扰保护距离。

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图2 无线充电80W限制

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]附件1 内指明，移动通信终端、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备、家用机器人、家用电器无线充电设备及车载无线充电设备等，无线充电额定传输功率不超过80W，且规定了他们可以使用的频率和50W限制时相同。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]此征求意见稿，规定的设备种类更全，不仅规定了最大功率放宽到80W，而且规定了待机或空闲状态下的杂散发射限值。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]三.无线充电的发展历程

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]手持设备的供电正在不断发展。最初，电气设备必须直接插入插座，工作范围受电源线长度限制。接下来是一次性电池，它打破了电源线的范围限制。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]近年来，可充电电池几乎完全取代了一次性电池，减小了购买、储存并将大量这些电池扔进垃圾填埋场的需要。但对于频繁使用的设备（尤其是智能手机）充电已成为日常仪式，插入和拔出充电线。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2011 年，第一款 Qi 无线智能手机保护壳诞生，带来了便利的新时代。推出后不久，又推出了内置Qi 无线充支持的智能手机。Qi无线充手机只需放在 Qi 无线充电器上即可充电。设备保持拔掉插头的状态，随时可以拿起并使用。随着在汽车、企业和公共场所部署 Qi 充电器，使用户不再担心电量耗尽或携带充电线。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]自第一批产品推出以来，Qi 标准的采用率显著增长。在 IHS Inc. 2014 年进行的一项消费者调查显示，36% 的消费者来自中国、英国和美国，说他们听说过无线充电。一年后，这个数字翻了一番，达到 76% 消费者意识。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2015 年，Qi 系统出货量超过 1.5 亿个，其中 83% 以上智能手机用户想要无线充电，全球有 80 多种手机型号支持 Qi 标准。2016年至2018年，使用无线充电的消费者数量从 10%上升至40%，无线充电技术的认知度提升至89%。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Qi 无线充电器变得越来越流行，并且以各种形式出现。充电器有三大基本类别：桌面充电器、移动电源和嵌入式充电器。桌面充电器可能采用充电板或充电座的形式，移动电源也类似，但专为旅行而设计，包含电池，可在无法插入电源时提供电力出口。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]嵌入式充电器可以内置于家具、汽车、时钟收音机等其他电器中或电脑显示器，或在餐厅和酒店房间等公共场所提供。这充电器的最大需求是家庭、汽车和办公室使用，但公共充电设施的部署使充电器的公众意识极大高了。 Qi 无线设备和充电器的持续增长也减少了对特定产品的电缆需求。这简化了消费者的充电并减少了频繁的充电设备充电连接器故障。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]随着无线充电在全球范围内在消费者的旅程中普及，将有可能减小电池的尺寸，从而减小尺寸，

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]重量和设备本身的成本。Qi 无线电力传输系统为电缆和适配器日常处理的不便提供了解决方案，也为制造商提供了进一步区分其在市场上的产品的机会。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]从2017年iPhone 8开始，苹果就在所有iPhone机型内加入了无线充电功能，由于无线充电依赖于发射线圈与接受线圈的对准，如果不能对齐，则无法体验良好的充电效果，带来效率低，EMI严重，发热严重等问题。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]苹果从根源出发，推出了全新的MagSafe磁吸充电技术以改善传统无线充的体验，iPhone 12手机、周边配件、充电器上均带有MagSafe磁力部件，以达到自动定位对准的效果，iPhone 12、iPhone 12 mini、iPhone 12 Pro均搭载全新的MagSafe磁吸充电技术。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]MagSafe磁吸充电系统部件结构，独特的绕线线圈以承受更大的15W接收功率，通过纳米晶面板捕捉磁通量，并采用改进型屏蔽层以更安全地接受无线快速充电。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在无线接收线圈外围集成了一圈密密麻麻的磁铁阵列，实现与其他磁吸配件的自动对齐吸附，进而提高无线接收效率。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]配备了高灵敏度磁力计，感应磁场强度变化立即做出反应，使iPhone 12能快速识别磁吸配件为无线充电做好准备。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]磁功率协议(MPP)是基于苹果Magsafe 技术基础上创造的，同时对现有的BPP和EPP协议进行优化，形成全新的MPP协议。使其拥有更好的兼容性和更高的充电效率。WPC在2023年3月推出了这个MPP协议，WPC对Magsafe进行规范化，标准化，为了更好的优化无线充电的实用性和便利性，实现更好的推进无线充电普及的目的。

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]如下，我们介绍几种典型的充电器形式，供大家参考。

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图3 桌面无线充电器

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图4 多功能无线充电支架

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图5 多合一无线充电板

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图6 磁吸无线充电器

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]图7 车载吸盘无线充电器