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在好萊塢眾多影視作品中，如《花木蘭》、《功夫熊貓》、漫威電影《尚氣》等，我們看到了西方對于中國傳統(tǒng)哲學(xué)“氣”這一概念的癡迷。在半導(dǎo)體和通信領(lǐng)域，這一點(diǎn)同樣得到了展現(xiàn)。

十二年前，無線充電聯(lián)盟（WPC）在北京舉行新聞發(fā)布會，宣布將無線充電國際標(biāo)準(zhǔn)Qi協(xié)議引入中國，來自工信部、科技部、國家知識產(chǎn)權(quán)局等政府單位領(lǐng)導(dǎo)，以及中國電子、飛利浦、諾基亞等高層也參加了發(fā)布會。

電影《花木蘭》截圖

這個(gè)Qi就來自漢語拼音“氣”，寓意以一種“氣”這樣一種無形、難以捕捉的能量流來主導(dǎo)電力的無線傳輸。Qi協(xié)議一開始就力圖要把自身打造成一個(gè)強(qiáng)大開放的、協(xié)作的平臺，可加速實(shí)現(xiàn)一個(gè)全新的、兼容的、全球化的生態(tài)系統(tǒng)。該協(xié)議的主旨是保證無線充電產(chǎn)品的兼容性，在開始階段逐漸得到了大部分科技公司的認(rèn)可，2017年蘋果公司也加入到Qi協(xié)議體系中，無線充電的產(chǎn)業(yè)生態(tài)一度蔚為大觀。

曾幾何時(shí)，諾基亞在其旗艦機(jī)Lumia920等無線充電手機(jī)掀起過熱銷狂潮，狂潮還未退去之時(shí)，在“2012中國國際信息通信展”上， WPC更是一口氣展出了超過70款支持Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電產(chǎn)品，無線手機(jī)快充之勢看起來一定會伴隨著智能手機(jī)屏幕、射頻前端、AP集成等一起飛速成長，甚至?xí)l(fā)起對有線快充顛覆性技術(shù)革命。

無線充電技術(shù)，確實(shí)看上去很美。告別接觸式充電，既方便也提高了安全保障，不但可以解決USB接口的統(tǒng)一兼容問題，還可以減少耗材的使用，契合了社會節(jié)能環(huán)保和“雙碳”主題。十多年過去了，無線充電這場革命是否真的已經(jīng)到來，或者即將到來？

Qi協(xié)議與無線充電類型

在有線快充領(lǐng)域，至今業(yè)內(nèi)還面臨著協(xié)議的統(tǒng)一問題（如SCP/FCP快充協(xié)議，高通QC協(xié)議、PD協(xié)議等等），無線快充在進(jìn)入電子消費(fèi)和車載領(lǐng)域之后，協(xié)議也同樣并非一家獨(dú)大，一開始除了Qi 協(xié)議以外，國際上主要還有 PMA（Power Matters Alliance）協(xié)議， A4WP（Alliance for Wireless Power）協(xié)議。PMA 與Qi 協(xié)議的無線充電類型基本相同，即均基于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)原理，但前者更依賴于使用外設(shè)搭配，而不是通過重新設(shè)計(jì)手機(jī)本身來實(shí)現(xiàn)，且多用于非通信類微型電子設(shè)備，而Qi多用于手機(jī)，且側(cè)重于直接改進(jìn)手機(jī)本身的充電設(shè)計(jì)。

上述無線充電領(lǐng)域的一系列的標(biāo)準(zhǔn)，背后所支撐的是三種無線電能傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式，電磁感應(yīng)耦合式，磁共振式（磁耦合諧振式），和電波式無線傳輸（電磁輻射式）。

Qi協(xié)議即基于電磁感應(yīng)耦合式，是目前三種無線傳輸類型中技術(shù)發(fā)展最成熟的類型。

電磁感應(yīng)充電的基本原理是通過兩個(gè)靠近的線圈來實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。發(fā)射機(jī)中的初級線圈通通過交變的電流，即DC-AC 高頻逆變電路可以將適配器提供的直流電轉(zhuǎn)換為高頻的交流電產(chǎn)生交變的磁場；接收機(jī)中的次級線圈過拾取交變磁場（為了使能量能夠無線或者說無接觸式的傳播，在接收端必須有一個(gè)次級電感來接受能量），從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，實(shí)現(xiàn)了能量從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的傳遞過程，如下圖：

相比磁耦合諧振式和電磁輻射式，基于Qi協(xié)議的電磁感應(yīng)式目前最為成熟（后來協(xié)議進(jìn)一步整合為Qi標(biāo)準(zhǔn)和磁共振的AirFuel標(biāo)準(zhǔn)），生態(tài)也相對最為完善，是技術(shù)和市場雙重驅(qū)動的結(jié)果。

首先從無線充電原理上講，電磁感應(yīng)式是目前幾乎唯一能相對保持較好傳輸功率和效率的方式，該技術(shù)本身所具有的開發(fā)和生產(chǎn)優(yōu)勢，容易得到便攜式移動設(shè)備商的反復(fù)試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，從而在市場上得以推廣，并建立起上下游客戶，其背后方案的成熟度、研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本也是重要因素。雖然磁共振和無線電波理論上可以達(dá)到更為遠(yuǎn)距離的傳輸，但兩權(quán)相害取其輕，傳輸效率可以被看作是無線充電技術(shù)市場化的第一要素。

（以上制圖：成都電子科技大學(xué)電磁場與微波技術(shù)專業(yè)）

與手機(jī)有線快充相比，無線快充優(yōu)勢目前并不明顯

但傳輸效率恰恰是Qi進(jìn)一步發(fā)展的“阿基里斯之踵”。電磁感應(yīng)式的無線電能傳輸系統(tǒng)采用的是松耦合的結(jié)構(gòu)，但是松耦合的狀態(tài)會讓整個(gè)系統(tǒng)的漏感較大，這樣使得傳輸效率較低。為了改善結(jié)構(gòu)和提高效率，可以采取一定的手段，比如提高原邊線圈（初級線圈）上的電流變化率，可以增強(qiáng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度，提高功率傳輸密度，以此來降低損耗提高效率，或者通過添加功率補(bǔ)償?shù)碾娙?，對系統(tǒng)的漏感進(jìn)行功率補(bǔ)償。

但Qi的充電效率雖然在十多年前就已經(jīng)做到與有線充電效率相近的70%以上，充電器待機(jī)功耗降到微瓦水平，但各國在電磁兼容管理和頻率管理方面卻進(jìn)步緩慢，在保證80%的傳輸效率前提下，傳輸距離過去八年差不多只進(jìn)步了2.5厘米左右（從2.5厘米到5厘米）。

從市場上看，2015年，尚未被恩智浦收購的飛思卡爾半導(dǎo)體推出15w Qi兼容的無線充電解決方案，能夠?yàn)榕溆写笕萘侩姵氐拇笮驮O(shè)備提供快速充電，同時(shí)還能夠利用更高的功率提高小型設(shè)備如4000mAh電池的平板電腦充電；2016年德州儀器（TI）推出業(yè)內(nèi)首款符合無線充電聯(lián)盟(WPC) v1.2標(biāo)準(zhǔn)，并通過Qi認(rèn)證的15W無線電源發(fā)射器bq501210。該發(fā)射器可實(shí)現(xiàn)84%的系統(tǒng)效率，相較于傳統(tǒng)無線電源設(shè)備，其熱耗散顯著降低，并采用9mm乘以9mm的VQFN封裝。TI當(dāng)年的公告顯示，該新型15w發(fā)射器加入了TI成熟的可擴(kuò)展無線電源解決方案產(chǎn)品組合，該組合中還包括2.5W、 5W和10W的產(chǎn)品。

但在三年后，iPhone 11的無線充電最高支持功率依然為7.5W。iPhone 11通過自帶的Lightning充電線是可以實(shí)現(xiàn)12W快充，如果使用PD轉(zhuǎn)接線的話可以達(dá)到18W快充的充電功率。很顯然，無線充電傳輸功率至少落后了有線傳輸四年，而其潛在的便利性不但被抹平，且無法形成最基本的用戶痛點(diǎn)邊際效應(yīng)。

傳輸連續(xù)性（斷電問題）

由于Qi無線充電的通訊原理是一種“單工通訊”，只支持信號在一個(gè)方向上傳輸，任何時(shí)候不能改變信號的傳輸方向，即一直由接收端發(fā)給發(fā)射端。正常充電后，發(fā)射的數(shù)據(jù)包括“調(diào)整供電大小”和“接收功率”，接收端的調(diào)制信號是調(diào)制在電力載波上面，通過電容將信號耦合到線圈兩端，接收端輸出的電壓是通過線圈上面的交流電壓整流成直流電壓。如接收端的輸出電壓連接負(fù)載手機(jī)端，通過充電管理芯片連接到手機(jī)電池，由于電池充電過程不同的充電階段有著不同的充電電流，特別在各階段相互切換時(shí)，電流的波動造成電壓的波動，從而體現(xiàn)在線圈兩端電壓的波動，造成無線充電過程由于電流波動造成的無線充電充斷問題。這個(gè)問題可以歸結(jié)于“涓流效應(yīng)危害”，相對來說，有線傳輸?shù)姆€(wěn)定性和抗壓性可以得到絕對保障。

成本與市場

全球知名半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)某資深分析師在談到基于Qi的無線充電技術(shù)時(shí)，告訴：“2015 年，Qi 標(biāo)準(zhǔn)得到了擴(kuò)展，將諧振充電和感應(yīng)技術(shù)結(jié)合在一起。這意味著使用 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可以更靈活地放置，并將充電范圍從毫米增加到厘米，從而更容易在家具內(nèi)部或下方安裝充電點(diǎn)。然而，無線聯(lián)盟報(bào)告說，很少有制造商（端點(diǎn)或充電基礎(chǔ)設(shè)施）對如此小的范圍增加感興趣，因?yàn)樗黾拥膶?shí)用程序與其帶來的額外復(fù)雜性和成本不相稱?！?/p>

摩托車手機(jī)無線充支架套件，對手機(jī)充電的位置有一定要求

該分析師還提到，遠(yuǎn)程充電是一個(gè)具有巨大潛力的領(lǐng)域，但仍然存在巨大的市場采用障礙。許多公司都在研究用于智能手機(jī)充電的射頻能量傳輸。但這依賴更小的電池并徹底改變智能手機(jī)的設(shè)計(jì)，其前提是需要大功率傳輸（為電池快速充電）到可能快速移動且擺脫一定的手機(jī)放置姿勢。

結(jié)語作為第二增長曲線的無線快充

大約在2012年左右，業(yè)界出現(xiàn)過較為強(qiáng)有力的“Qi無線充電將在未來三到五年內(nèi)形成顛覆性革命”的判斷，但智能手機(jī)發(fā)展路線圖的電池、射頻前端以及功耗設(shè)計(jì)方面并未契合無線快充的實(shí)現(xiàn)邏輯，反而促進(jìn)了有線快充技術(shù)的迅猛發(fā)展。在越來越碎片化的充電場景中，無線充電本身的發(fā)送和接收裝置的配備抵消了“無線”本身的理想設(shè)定模型，再加上傳輸距離和傳輸功率和效率的原地逡巡，未能真正迎合市場發(fā)展節(jié)奏。在大功率無線快充方面，磁耦合諧振式和電磁輻射式也未能形成對Qi電磁感應(yīng)式的鯰魚效應(yīng)，至少從目前全球市場的情況來看，Qi協(xié)議仍僅限于高級酒店、機(jī)場等有限的場所應(yīng)用空間。

不少國內(nèi)的券商和調(diào)研機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示我國大陸無線充電規(guī)?？蛇_(dá)80億人民幣之上，且今年3月份工信部現(xiàn)已發(fā)布了《無線充電（電力傳輸）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》的征求意見稿，規(guī)定了無線充電設(shè)備的額定傳輸功率不超過50W。市場拓展輔以頂層設(shè)計(jì)，大陸很多PMIC龍頭企業(yè)如南芯半導(dǎo)體已經(jīng)推出了高效率/高集成度的無線充電RTX芯片，除了作為 50W 無線充電接收芯片之外，還可以通過在其輸出端加上電源，從而作為一個(gè)無線充電發(fā)射端來使用。國產(chǎn)手機(jī)快充芯片廠商很多都把無線快充當(dāng)做商機(jī)的滿滿第二增長曲線，在這一點(diǎn)上，電磁感應(yīng)技術(shù)路線的升級、Qi協(xié)議的二度優(yōu)化和自身內(nèi)功的修煉，三個(gè)要素缺一不可。（Aaron）

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