芯耀
363
近日，有消息披露了蘋果申請(qǐng)的一項(xiàng)專利，未來(lái)的iPhone機(jī)型，不僅能夠允許對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)限充電，而且不需要再進(jìn)行“背對(duì)背”式充電。
也就是說(shuō)，無(wú)線充電時(shí)感應(yīng)電流能夠直接通過(guò)前面的顯示屏，而不需要將手機(jī)反過(guò)來(lái)在背面進(jìn)行。蘋果全新的無(wú)限充電方式，無(wú)疑又給無(wú)線充電的未來(lái)帶來(lái)一場(chǎng)新的風(fēng)暴。
而無(wú)線充電本身，就是一場(chǎng)風(fēng)暴。
科技的發(fā)展讓我們離“束縛”越來(lái)越遠(yuǎn)。對(duì)于各類電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，有線充電器是它們最重要的配件，但是瘋狂纏繞的充電線讓處于萬(wàn)物便捷時(shí)代的我們覺得失去了自由。
在這種情況下，無(wú)線充電應(yīng)運(yùn)而生。
無(wú)線充電并非“無(wú)線”
如今，當(dāng)我們向便攜式設(shè)備充電時(shí)，比較普遍的方法仍然是用充電器經(jīng)過(guò)電源線供電。而無(wú)線充電技術(shù)不用通過(guò)連接器、金屬接點(diǎn)等作為媒介，只需放在充電座上就可以充電。無(wú)線充電不需要常規(guī)意義上的充電器和電源線，所以能提高設(shè)備的防水性、可靠性，沒有連接器不良的情況發(fā)生，同時(shí)無(wú)線充電設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，一個(gè)供電裝置能用于各種終端。
從技術(shù)分類來(lái)看，無(wú)線充電有三個(gè)大類：電磁感應(yīng)無(wú)線充電、電磁諧振無(wú)線充電和射頻（RF）無(wú)線充電。
目前普及的無(wú)線充電是電磁感應(yīng)式充電，市面上絕大多數(shù)支持無(wú)線充電的手機(jī)、耳機(jī)用的基本都是這種方式。電磁感應(yīng)式充電的原理并不復(fù)雜：電流通過(guò)線圈，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)附近線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生電流。這種充電方式的充電轉(zhuǎn)化率通常在70%以上，成本也低，所以普及起來(lái)比較快。但是在充電時(shí)，充電器和被充電設(shè)備都得有線圈，而且兩者的線圈必須對(duì)齊，并在觸碰下才能正常工作。
為了解決以上問題，電磁共振式無(wú)線充電技術(shù)出現(xiàn)了。它的原理是發(fā)送端遇到共振頻率相同的接收端，由共振效應(yīng)進(jìn)行電能傳輸。它不需要像電磁感應(yīng)式充電一樣對(duì)齊線圈的位置就能充電，并且可以在更大的范圍（10cm左右）內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電，但它的缺點(diǎn)是充電效率較低，并且距離越遠(yuǎn)，傳輸功率越大，損耗也就越大。
其實(shí)，以上兩種無(wú)線充電技術(shù)本質(zhì)上都并非真正的“無(wú)線”，還需要設(shè)備與充電底座保持一定距離才能實(shí)現(xiàn)電量傳輸。
為了實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)線充電，無(wú)線射頻技術(shù)又應(yīng)運(yùn)而生。這種全新的隔空充電技術(shù)，通過(guò)發(fā)射裝置的天線輻射無(wú)線電波，接收裝置接收無(wú)線電波上承載的能量來(lái)完成“隔空”充電，這種充電方式覆蓋的范圍比前兩種技術(shù)遠(yuǎn)得多。
無(wú)線充電也并非“無(wú)限”
目前，手機(jī)無(wú)線充電采用的電磁感應(yīng)式技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)局限性較大，但由于其技術(shù)難度較低，成本低，所以被廠商廣泛使用。但是由于該技術(shù)也存在一些明顯的局限性，手機(jī)無(wú)線充電并沒有特別高的普及度，有線充電依舊占據(jù)了充電方式的絕大半江山。
電磁感應(yīng)無(wú)線充電短板較多：充電時(shí)需要對(duì)齊線圈，充電距離要求較近，同時(shí)可充電設(shè)備的數(shù)量較少。這三大短板限制了電磁感應(yīng)無(wú)線充電的發(fā)展。
關(guān)于對(duì)齊充電線圈問題，曾有實(shí)驗(yàn)表明，如果設(shè)備不帶磁吸的話，就無(wú)法自動(dòng)對(duì)齊充電的無(wú)線充電器與手機(jī)，即便手機(jī)和無(wú)線充電器仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)了線圈位置，但是在電-磁-磁-電的轉(zhuǎn)換過(guò)程，無(wú)線充電比有線充電多消耗了39%的電能。由于這部分電能實(shí)際上并沒有充入手機(jī)電池中，所以相當(dāng)于就是純粹被浪費(fèi)掉了。
當(dāng)真正成熟的、低成本的電磁共振和射頻無(wú)線充電器出現(xiàn)后，無(wú)線充電才能真正實(shí)現(xiàn)大家想象中的那種遠(yuǎn)高于插線充電的便利性。也許在消費(fèi)電子領(lǐng)域，無(wú)線充電技術(shù)將從現(xiàn)有的電磁感應(yīng)無(wú)線充電直接過(guò)渡到隔空充電。從有限的無(wú)線，發(fā)展到真正的無(wú)線。
大功率、高速度是無(wú)線充電發(fā)展的方向
為了解決無(wú)線充電可能存在的能量損耗和慢速的情況，無(wú)線充電的功率也隨之變大。從最開始的5W到后來(lái)的30W，2021年很多芯片和終端廠商都推出了40和50W的無(wú)線充電產(chǎn)品。
無(wú)線充電解決方案主要由接收端和發(fā)射端組成。發(fā)射端與電源連接，負(fù)責(zé)發(fā)送電能，無(wú)線發(fā)射線圈負(fù)責(zé)把能量發(fā)送出去；接收端則一般安裝在電子產(chǎn)品上，負(fù)責(zé)接收電能。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線充電解決方案中，接收端的芯片與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的利潤(rùn)要高一些，技術(shù)壁壘也相對(duì)較高。
瑞薩最新的60W無(wú)線充電接收芯片
2021年1月，瑞薩電子推出全球首款60W功率的無(wú)線電源接收器P9418，可以為智能手機(jī)、便攜式電腦、筆記本設(shè)備打造更快的無(wú)線充電。P9418無(wú)線電源接收器采用瑞薩獨(dú)有的WattShare技術(shù)，可在單個(gè)芯片中提供高達(dá)60W的功率，而且集成度高，屬于單芯片無(wú)線功率接收器/發(fā)送器IC，可配置為通過(guò)磁感應(yīng)來(lái)發(fā)送或接收AC電源信號(hào)。
ST的50W無(wú)線充電解決方案
ST也是無(wú)線充電領(lǐng)域的重要玩家，2020年11月，ST推出最新一代Qi無(wú)線超級(jí)快充芯片 STWLC88。新產(chǎn)品的輸出功率高達(dá)50W，能滿足消費(fèi)者在無(wú)需插電的情況下即可迅速為手機(jī)、平板、筆記本電腦等個(gè)人電子產(chǎn)品補(bǔ)給電力的需求，無(wú)論是安全性或是充電速度上都堪比有線充電。在手機(jī)無(wú)線充電應(yīng)用方面，新一代50W無(wú)線充電IC的充電速度是上一代產(chǎn)品的兩倍。
其實(shí)，在大功率無(wú)線充電方面，國(guó)內(nèi)的芯片廠商也正在發(fā)力。在無(wú)線充電芯片領(lǐng)域，伏達(dá)半導(dǎo)體已經(jīng)推出了NU1619(40W)和NU1619A(50W)的接收器芯片，以及NU1513(45W)和NU1025(40W)的發(fā)射芯片。
小米11的無(wú)線充電接收器方案選用的就是NU1619這顆芯片。
2021年11月，伏達(dá)半導(dǎo)體推出了旗下第三代無(wú)線充SOC芯片NU1708，這是一款支持5~30W無(wú)線充電的全集成發(fā)射端芯片，將傳統(tǒng)一、二代產(chǎn)品的MCU芯片和功率全橋兩顆芯片合二為一，并將外圍元件數(shù)量從70個(gè)左右降低為20個(gè)左右。
南芯半導(dǎo)體推出大功率TRX雙向無(wú)線充芯片
南芯半導(dǎo)體也在持續(xù)加大在無(wú)線充電發(fā)射端及接收端的研發(fā)投入。2021年10月，南芯推出了兩款重磅產(chǎn)品：第三代發(fā)射端15W SOC芯片SC9608和首款大功率50W RX接收芯片SC9621。
TX SOC芯片SC9608憑借其極高的集成度，一經(jīng)推出就受到了眾多客戶的追捧，目前已經(jīng)在多家客戶試產(chǎn)。而RX SOC芯片SC9621的推出，也標(biāo)志著南芯的無(wú)線充電布局進(jìn)一步拓寬，從發(fā)射端配件市場(chǎng)正式進(jìn)軍手機(jī)市場(chǎng)，為手機(jī)廠商提供更多有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品選擇。
無(wú)線充電滲透汽車領(lǐng)域
應(yīng)用場(chǎng)景的無(wú)限性驅(qū)使了無(wú)線充電向汽車領(lǐng)域的滲透，車載無(wú)線充電也破土而生。車載無(wú)線充電同樣也擺脫了充電線的束縛，提升了便捷性和行車的安全性。目前已有不少國(guó)內(nèi)外廠商推出了針對(duì)于汽車應(yīng)用的無(wú)線充電解決方案。
NXP車載無(wú)線充電芯片
NXP的車載多設(shè)備無(wú)線充電方案提供了MWCT22C3A/MWCT20C3A/MWCT2013A三款主控芯片作為選擇，這三款芯片是NXP的第二代無(wú)線充電發(fā)射器芯片，較前一代芯片主要是對(duì)芯片的外圍電路和導(dǎo)通損耗進(jìn)行了優(yōu)化，支持兩個(gè)隔離通道，僅需單一芯片就可以在一個(gè)終端上為兩臺(tái)無(wú)線接收設(shè)備充電，不但降低了BOM成本，也減少了物理引腳的使用，為汽車制造商創(chuàng)造了更大的利潤(rùn)空間。
伏達(dá)半導(dǎo)體車規(guī)級(jí)發(fā)射端智能控制芯片
2021年12月，伏達(dá)半導(dǎo)體兩顆用于無(wú)線充電發(fā)射的智能全橋芯片NU8015Q和NU8040Q通過(guò)車規(guī)級(jí)認(rèn)證。這兩款芯片均為無(wú)線充電發(fā)射端智能控制芯片，芯片內(nèi)部集成全橋MOS管和驅(qū)動(dòng)器等電路，其中NU8015Q支持最高15W無(wú)線充電輸出，支持4V-21V供電電壓范圍。NU8040Q支持40W無(wú)線充電輸出，支持4V-21V供電電壓范圍，支持-40℃到105℃環(huán)境溫度范圍。
易沖半導(dǎo)體為比亞迪與華為聯(lián)合推出的快充技術(shù)提供解決方案
在汽車領(lǐng)域，易沖半導(dǎo)體也為比亞迪與華為聯(lián)合推出的50W超級(jí)無(wú)線快充技術(shù)提供了整套解決方案。易沖半導(dǎo)體2012年開發(fā)出全球首款車載前裝無(wú)線充電方案，并在TOYOTA四款車型上成功量產(chǎn)，持續(xù)出貨至今，本次推出的50W無(wú)線充電車載前裝解決方案，更是在第一代產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于量產(chǎn)出貨超千萬(wàn)顆的IC而打造的車規(guī)級(jí)芯片CPSQ8100開發(fā)。CPSQ8100專為無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將低功耗部分全部集成，包含無(wú)線充電協(xié)議，MOS驅(qū)動(dòng)電路，Q值檢測(cè)，解調(diào)電路等。
無(wú)線充電時(shí)代風(fēng)暴早早來(lái)襲，國(guó)內(nèi)外芯片廠商也積極布局，看透無(wú)線充電無(wú)線又無(wú)限的發(fā)展趨勢(shì)，篤定的走在自己的道路上。相信在這場(chǎng)風(fēng)暴里，他們也可以描繪一幅無(wú)線充電時(shí)代的藍(lán)圖。
