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無線充電未來材料為王,本土標準掀移動電源革命

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TDK最近發(fā)布了面向智能手機等移動設(shè)備的無線供電線圈組件。此次開發(fā)的接收線圈組件主要裝配于智能手機,其厚度實現(xiàn)了行業(yè)最薄級別為0.57mm。接收線圈組件活用了TDK所擅長的磁性材料技術(shù)與工藝技術(shù),并使用了獨有的金屬軟磁性薄片。不僅具有線圈組件的“薄”與“輕”的特點,還確保了原有的耐沖擊性,在可靠性方面具有顯著優(yōu)勢。同時,線圈在薄的基礎(chǔ)上還盡量控制電阻值增大,雖厚度僅為0.57mm,但傳輸效率仍能達到WPC標準Qi認證所需水平,滿足了裝配于智能手機時的薄型要求?,F(xiàn)階段的輸出電流在0.5A~0.6A水平,今后將進一步開發(fā)厚度為0.50mm的產(chǎn)品,并將輸出電流保持在同等以上水平,該產(chǎn)品力求在2013年實現(xiàn)量產(chǎn)。

這一產(chǎn)品發(fā)布在業(yè)界引起了巨大的反響,因為原來線圈的尺寸和性能一直是無線充電無法在移動產(chǎn)品中普及的最大因素,突破這一限制以后,無線充電進入移動設(shè)備的障礙就減少很多了。但是TDK并不寂寞,在中國也有一家本土廠商也開發(fā)出了這種超薄的接收線圈,而且尺寸可以做到更薄。

深圳市威特爾科技有限公司技術(shù)總監(jiān)趙志斌認為針對手機等移動產(chǎn)品,要直接把無線充電做進電池,只增加不多的成本。以前國際上的主流的無線充電研究,都是在向著大功率和遠距離的方向發(fā)展,也許20年后會取得巨大的成功,但近期內(nèi)不會取得重大進展。但是這次TDK線圈的發(fā)布,證明了國際大廠也意識到移動產(chǎn)品對無線充電的尺寸有著嚴苛的要求,必須在技術(shù)上有所突破。

無線充電未來材料為王,本土標準掀移動電源革命
圖:超薄接收線圈

他同時表示,阻礙著無線充電技術(shù)應(yīng)用的最核心的技術(shù),不是電子技術(shù)。無線充電的關(guān)鍵技術(shù)實際上就是接收組件中的磁屏蔽物,因為用利茲線(利茲線就是多股漆包線的一個常用的稱呼,來源于音譯)來纏繞線圈并不是特別困難的事情,但是做出來足夠薄性能足夠好的磁屏蔽片,卻非常困難。用于磁屏蔽的物質(zhì),無非就是一些軟磁性材料,但是它們都有一些無法解決的應(yīng)用障礙——導(dǎo)磁率高的材料,不能用于較高頻率;能用于較高頻率的,導(dǎo)磁率又不夠高;另外導(dǎo)磁率高的材料還比較容易產(chǎn)生磁飽和。正是磁性材料的這些固有的性質(zhì),制約了無線充電接收組件的發(fā)展。TDK的優(yōu)勢恰好是在材料和工藝方面,這又一次驗證了他的說法。

對于這次TDK發(fā)布的線圈,趙志斌這樣評價:“從圖片上看,明顯還是用的傳統(tǒng)的技術(shù)——利茲線纏繞的線圈,加上一個磁屏蔽片?!盦i規(guī)格的無線充電方案的工作頻率是100KHz上下。在這個頻率下,導(dǎo)體中的電流會出現(xiàn)趨膚效應(yīng),僅在導(dǎo)體的表面流過,所以只有采用多股的較細的互相絕緣的導(dǎo)線,才可以取得較低的實際阻抗。磁屏蔽片的作用是起到磁屏蔽的作用:一方面阻擋磁場向外散射,影響人體健康;另一方面減少無線充電接收設(shè)備,例如手機,里面的那些金屬部件上的渦流效應(yīng)。當無線充電發(fā)射裝置發(fā)射出來的交變磁場到達手機里面的金屬部件時,會產(chǎn)生感生電流,這個電流叫做渦流,而這個渦流產(chǎn)生的磁場方向跟發(fā)射出來的磁場的方向正好相反,會造成接收線圈接收電壓下降,同時該渦流會造成金屬部件發(fā)熱,類似于電磁爐。電磁爐就是用渦流效應(yīng)工作的。

針對這次發(fā)布的產(chǎn)品,趙志斌評價道:“相比威世最近發(fā)布的接收組件,TDK的這個組件的厚度大為減少了。但是看圖片很像是用燒結(jié)鐵氧體做的磁屏蔽片,TDK最擅長的也是這個。燒結(jié)鐵氧體如果太薄的話,屏蔽的效果會降低,并且很難生產(chǎn)。剛才說到的一些問題,都是燒結(jié)鐵氧體這種材料本身存在的問題,我們采用了全新的材料來制造接收組件,在性能上遠遠超過了TDK以及威世這些公司。比如說,TDK明年才能夠投產(chǎn)厚度為0.5毫米的接收組件,而在我們開發(fā)的iPhone無線充電護套上,采用的接收組件的厚度僅為0.43毫米,比TDK明年才能夠推出的0.5毫米厚的接收組件還要薄14%。由于我們在材料研究上取得了突破,所以我們的接收組件比類似于TDK或者威世的采用燒結(jié)鐵氧體的接收組件的性能要好的多,主要表現(xiàn)在三個方面:更薄的厚度;更低的發(fā)熱;更強的屏蔽作用。”

現(xiàn)在無線充電的技術(shù)標準也是一個熱門的話題,除了最老牌的WPC,在今年五月初,高通聯(lián)手三星成立了無線充電聯(lián)盟A4WP(三星也是WPC成員),主推磁共振技術(shù)。有意思的是,恰恰在此之前一段時間,WPC發(fā)布最新的Qi標準1.1版,增加了對磁共振技術(shù)的支持,同時對之前的Qi 1.0版作了修改和補充。臺灣富達通總經(jīng)理蔡明球認為在A4WP宣布成立后,WPC的共通性標準就受到質(zhì)疑,且除了A4WP外還有其他廠商有計劃再成立另外的無線充電標準。所以今年起應(yīng)該會有三到五年的時間會進入多家技術(shù)競爭的狀況,最后會由市場決定哪一家的技術(shù)可以存活下來,而市場的銷售量應(yīng)該在五年內(nèi)會每年呈現(xiàn)倍數(shù)成長。

針對現(xiàn)有市場情況和對技術(shù)路線的判斷,趙志斌自己創(chuàng)立了一個WMPTC(微功率無線輸電聯(lián)盟),希望通過本土廠商對技術(shù)和需求的敏感性與國際巨頭主導(dǎo)的兩大聯(lián)盟抗衡。

他指出,WPC的QI規(guī)格制定的時間比較早,當時的技術(shù)以及當時的手機都跟今天不同,所以從今天來看,QI規(guī)格的5V1A的輸出規(guī)范已經(jīng)不太適合市場的需求了。一方面有些國內(nèi)的手機廠商會覺得1A的電流偏小,不能滿足他們的超大容量的電池的充電需要;另外一方面大眾已經(jīng)普遍接受了用電腦USB給手機充電的方式,而這個方式的電流就是0.5A。實際中正在銷售的手機無線充電套件,幾乎都是0.5A的規(guī)格的,TDK的這個接收組件就是一個很好的例子,它并不提供1A的電流。

更為關(guān)鍵的是,WPC并沒有意識到無線充電最適合使用的領(lǐng)域是給手機中的鋰電池直接充電,這是因為受到了當時的技術(shù)發(fā)展水平限制,不能完美的實現(xiàn)手機鋰電池的直接無線充電,只好用手機護套或者更換手機背殼的方法來實現(xiàn)手機的無線充電,這時需要采用的電壓就是5V;而隨著技術(shù)的發(fā)展,特別是在磁屏蔽材料方面的研究進展,實現(xiàn)了接收組件的薄型化、低發(fā)熱、低泄漏。已經(jīng)不需要再采用護套或者更換手機背殼的方法去實現(xiàn)無線充電了,可以直接將接收組件安裝進手機電池或者手機的原裝背殼。這時,5V的輸出電壓已經(jīng)不是最好的無線充電方案了,而應(yīng)該是4.2V的鋰電直接充電方案。WPC的QI規(guī)格并不支持該輸出電壓。

WPC的QI規(guī)格是5W的接收功率,后面會向著更高功率的方向發(fā)展,接著是120W、500W、3千瓦或者5千瓦。但是在大功率應(yīng)用方向,目前的無線輸電效率還不能滿足人們的需要,還需要技術(shù)上的進一步的提升。而他認為更小的功率上,推廣無線輸電更有現(xiàn)實的意義。比如說當手機的無線充電板的社會擁有量達到一定程度后,類似于兒童玩具、無線鼠標等目前使用干電池的設(shè)備也都可以考慮采用無線充電加二次電池的方法去替代現(xiàn)有的干電池方案,成本并沒有顯著的增加。使用成本反而更低。

最后他認為,在未來的一兩年內(nèi),搭載在移動電源上的符合WMPTC規(guī)范的無線充電發(fā)射配合搭載在手機鋰電池上或者內(nèi)置在手機內(nèi)的無線充電接收構(gòu)成的系統(tǒng)會成為最為暢銷的無線充電設(shè)備,因為這樣可以獲得比采用有線連接的方案更高的效率,同時成本上升不多。

產(chǎn)品目錄
MULTICOMP PRO
Kyet 科雅薄膜電容器
喬光電子(FTR)
采樣電阻
KINGSTATE(志豐電子)
君耀電子(Brightking)
RUBYCON電容原裝現(xiàn)貨供應(yīng)商
HAMAMATSU 濱松光電產(chǎn)品
傳感器
飛思卡爾開發(fā)工具 Freescale
嵌入式解決方案
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網(wǎng)絡(luò)攝像機
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