揭密无线充电技术

　　麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。他们利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这一消息引起学术界的广泛关注，掀起了一轮无线输电技术研究的热潮。

　　2012年9月，Nokia Lumia920发布，原生搭载了无线充电接收器，配合相应的充电器，可以方便的实现手机的无线充电。紧随其后，各大手机厂商也竞相推出搭载无线充电的型号。一时间，无线充电成为普通民众热议的话题，“什么原理”，“辐射大不大”，“安不安全”等等，各种讨论出现在BBS社区。

　　现在笔者就带您去揭开无线充电神秘的面纱。

　　一.无线充电渊源

　　无线充电的鼻祖可以追溯到19世纪的尼古拉特斯拉，以及著名的特斯拉线圈。

　　特斯拉线圈的线路和原理都非常简单，但要将它调整到与环境完美的共振很不容易，特斯拉就是特别擅长这项技艺的人。特斯拉后来发明了所谓的“放大发射机”，现在称之为大功率高频传输线共振变压器， 用于无线输电试验。特斯拉的无线输电技术，值得一提。特斯拉把地球作为内导体，地球电离层作为外导体，通过他的放大发射机，使用这种放大发射机特有的径向 电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8赫兹的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。这一系统与现代无线电广播的能量发射机制不同，而 与交流电力网中的交流发电机与输电线的关系类似，当没有电力接收端的时候，发射机只与天地谐振腔交换无功能量，整个系统只有很少的有功损耗。

　　二.无线充电的原理

　　从基本原理上来分，无线充电分为电场耦合与磁场耦合两类。分别对应的能量传输器件为电容和电感。

　　电场耦合

　　电场耦合方式以日本村田制作所为代表。这类无线充电技术，发射器与接收器分别安装两个(或两组)独立的电容极板，当发射器与接收器靠近时，两组电容极板形成了两个电容。电容中通以高频、高压交变电流，便可实现电能从发射侧到接收侧的传输。

　　充电器或“发送器”和便携式设备或“接收器”用来有效地在组成电容的合适尺寸金属表面间实现纵向的准静电耦合。其中驱动电极或主动电极要比另外一个电极小，上面施加的电压较高，另外一个电极则是被动电极，尺寸较长，上面的电压较低。当然正常情况下，电容传输的能量是很小的，这与电极面积小有很大的关系。因此，为了满足给消费设备充电所需的功率水平(例如从5W至25W)，需要增加电极尺寸和耦合的电压值，具体取决于实际的配置。

　　为了实现耦合电极之间的无线收发、同时尽量减小对外的辐射量，需要进行正确地设计。因此需要进一步理解和确定正确的电极尺寸、它们的设计、工作电压、功率 值、最佳工作频率和总的尺寸约束条件。一般情况下，理想的频率范围在200kHz至1MHz之间，有效耦合区的电压值在800V至1.52kV之间。

　　磁场耦合

　　目前受到广泛关注的手机无线充电、电动汽车无线充电技术更多的采用磁场耦合原理设计，其能量传输媒介为电感。在发射器与接收器上分别安装一个平面线圈电感。发射侧电感线圈用于产生激励磁场，根据电磁感应定律，当接收侧线圈处在这个磁场中时，在接收侧可以产生的电压大小为：

　　磁场耦合原理的无线充电技术，更接近于常规的谐振式开关电源。相对于电场耦合来讲，技术难度较小，优势比较明显，发展速度较快。目前已经形成三个影响力较大的联盟组织WPC，A4WP以及PMA，各自拥有会员多达几十甚至上百家公司。其中，WPC与PMA致力于近距离无线充电技术，如我们比较熟悉的手机无线充电。而A4WP的技术定位在远距离无线能量传输，希望能够实现几十厘米甚至几米等级的传输距离。试想一下，有朝一日电能传输可以像wifi、蓝牙一样随时随地、无拘无束，那将是多么令人愉快的场景。

　　三. 无线充电辐射到底有多大

　　为了说明这一问题，最令人信服的方法就是直接对比测试了。笔者使用一台高灵敏度的辐射测试仪对以下物品的辐射水平进行了测试：无线充电器一台，夏普SH8010C手机一台，联想台式机一台，索尼无线鼠标一个。营业厅现场工作人员也参与了测试，他使用的手机是三星i579。需要说明的是，辐射测试仪的测量结果是没有单位的，只有一系列相对或高或低的数值，越高就代表辐射越严重。

　　测试前，测试环境内有数台电脑、电视、WiFi，这会产生一定的电磁污染。测试仪器的初始值约为70-80。

　　记者将无线充电器连接电源，放置仪器测试窗口，数值增到了150至180，增量并不明显，但证明确实有辐射。

　　为了对比辐射值大小，记者将所带物品进行一一测试。将无线充电器拿下，对索尼无线鼠标进行测试，数值在120-140之间浮动，无线充电器使用1节5号电池，产生的电压约为1.5V。

　　再拿台式机来测试，该台式机使用的是19寸宽屏电脑。将测试仪放置屏幕前，数值为200至230，这是用户使用电脑最常见的位置。将仪器转到显示器侧面，数值增大到250至300;再移动至显示器后方，数值增大到400至627。

　　接下来进行试验的是手机。用三星手机i579拨打电话，接通一瞬间辐射数值达到427，接通后为200左右;再将夏普SH8010C放置测试窗口拨打电话，接通一刹那数值居然飙到了2000，接通后数值在1000上下浮动。这两款手机制式不同。