深入分析：无线充电技术Qi Wireless Charging Qi

智能手机在日渐改变我们的生活，无论是在网络上还是网络下。可是在不断增加的新特性下，电池的寿命并没有赶上。手机每当发出“悲沧”的低电量警告声，这时最头疼的是就是四处跳脚地借充电器……不喜欢这样可以怎么样 设想一下，当你坐下喝杯咖啡时，将手机象平时一样随意地放在桌子上的情况。没有连接任何的线缆，而不同的是这时手机会亮起充电灯然后开始自动进入充电状态了。每天你可以一把抓起你的手机然后无论何时在任何你需要的地方进行充电，如在公司、在图书馆、在咖啡厅、或是在家里。尤其当这些时候都不需要使用任何有线的充电器，或者USB线。这样我们就不需要担心旧充电器的回收环保问题了，也不用操心去选择配对的充电器以配合自己的手机型号。2012年9月，当诺基亚新一代智能手机Lumia发布现场提到无线充电功能时，“Qi Wireless Charging”(Qi无线充电)这几个字浮现在会场的大屏幕上。这是Qi标准的无线充电技术首次被一款聚光灯下的消费电子产品带入大众视野，同时也进一步拉近了梦想与现实的距离。在今年即2013年7月26日，GOOGLE发布了升级版的NEXUS 7，是首款内置Qi无线充电技术的最新平板。这意味着无线充电技术已经是当下方向，并向着成为产品标准配置的方向前进。

一、 无线充电主流技术

听起来无线充电好像是很科幻的东西，但其实并不是未来世界才会发生的事情。科学家和工程师们在近两个世纪前就已经知道，传递电力并不需要电线始终保持物理接触，无线充电技术在智能手机上的应用也绝非是新鲜事。其背后的技术和理论是由科学家尼古拉特斯拉提出来的。另外其实有些电动牙刷和手术移植的设备已经在使用无线充电技术了，如人工心脏。

采用感应充电方式的无线充电，是基于一个基本的原理，需要两个线圈，一个作为发射机，一个作为接收机，交流电流流过发射机线圈会产生一个磁场，而该磁场又会在接收机线圈感应出一个电场，这个电场就可以用来驱动一个移动式设备或者对一个电池充电。

目前的无线充电技术还不算成熟，不仅技术发展缓慢，标准也尚未统一。世界上有三大主流联盟致力于无线充电技术的开发及商用，以及Qi标准的制定，这三大联盟是无线充电联盟(Wireless Power Consortium，简称WPC)、Power Matters Alliance(PMA)以及Alliance for Wireless Power(A4WP)。他们利用的电力无线传输技术有两种：电磁感应型(利用电流通过线圈产生磁力实现近程无线供电)和磁场共鸣型(利用磁场等共鸣效应近程无线供电)。

1. Qi标准

Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，在不久的将来，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。

目前，市场比较主流的无线充电技术主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波、以及共振作用，而Qi采用了目前最为主流的电磁感应技术。在技术应用方面，中国公司已经站在了无线充电行业的最前沿。目前Qi的应用产品主要是手机，这是第一个阶段，以后将发展运用到不同类别或更高功率的数码产品中。

2. Power Matters Alliance标准

Power Matters Alliance标准是由Duracell Powermat公司发起的，而该公司则是由宝洁与无线充电技术公司Powermat合资经营。除此以外，Powermat公司还是Alliance for Wireless Power(A4WP)标准的支持成员之一。

目前已经有ATT、Google和星巴克三家公司加盟了PMA联盟(Power Matters Alliance缩写)。PMA联盟致力于为符合IEEE协会标准的手机和电子设备制定无线供电标准，其利用的也是电磁感应原理。

3. A4WP标准

A4WP是Alliance for Wireless Power标准的简称，由美国高通公司、韩国三星公司以及前面提到的Powermat公司共同创建的无线充电联盟创建。该联盟还包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成员，目标是为包括便携式电子产品和电动汽车等在内的电子产品无线充电设备设立技术标准和行业对话机制。二、 WPC无线充电联盟

WPC是目前商用最广泛的联盟，并且已建立了清晰的全球标准、测试标准及Qi符合性测试体系。另两个联盟则还在起步阶段或者其影响范围仅限于某些地区。

WPC成立于2008年，由全球领先的数个消费电子公司创建，是全球首个推动无线技术标准化的组织。现在已有超过150个成员，包括美国最大的本地电话运营商Verizon、诺基亚、三星、HTC、德州仪器、华为等公司。WPC标准定义了电感耦合(线圈结构)的类型，以及低功耗无线设备所用的通信协议。同时现行的无线充电规格将从低功率充电逐步迈向高功率。届时，不仅是通信类产品，而且包括家用电器等在内的高功率产品都能实现无线充电。现在为止已经有超过200个Qi的设备得到认证，产品在全世界各大洲都可以购买到。

1. 会员类别

1) 普通会员(一万五千美金年费)

l 可以使用Qi商标

l 可以获取新规格的草稿

l 可以就规格的发展提供建议

l 可以参与到互操作性的测试中

2) 固定会员(两万美金年费)

l 要满足相关的会员背景要求

l 有限定的名额及需要投入相当资源到WPC Qi的发展中

3) 新增的成员类别

年收入在10,000,000美金以下的小型公司，可以以2000美金的会费加入无线充电联盟并维持12个月。在12个月后，小型公司成员会自动转为普通会员并且需要缴付一个正常会员的年费。

普通会员的认证产品注册是免费的。而小型公司会员则需要为每个产品支付2500美金的注册费用以在无线充电联盟的网站上的认证产品库中进行注册。

2. WPC Qi标准及其工作原理

WPC的标准命名为Qi，公布于2009年8月。“Qi”来自于中医原理中的“气”的发音，象征生命能量。

Qi原理是电磁波感应原理及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电。通过线圈内创造出一个强电磁场(线圈外的感应则很弱)，用户只需将装载接收器的终端设备放在这个“平板”上即可进行充电。

订立Qi标准背后的想法很简单，即希望所有带有Qi标记的设备可以互相间完美支持和工作。Qi解决了无线充电的通用性问题，使得无线充电的大规模应用成为可能。

Qi系统的工作原理如图1所示。

Qi接收机将控制信号通过感应电场传送给发射机，控制发射机输出的电力(即接收机将接收的电力)。需要留意的是Qi发射机并不通过感应电场传送任何带信息和数据的射频信号，只是纯粹接收Qi接收机发送的数据。所以从无线通讯的角度考虑，Qi发射机其实是无线接收机，而Qi接收机则是无线发射机。

图1 Qi系统工作及通讯框图

Qi发射机和接收机的配对及进入正常工作的通讯过程如图2所示，分四步进行：开始 (start)à脉冲探测(ping)à辨识及配置(identification and configuration)à功率传输(power transfer)。