【了不起的芯片】無線充電：手機(jī)和汽車都說“真香”！

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這一期，我們聊一聊無線充電的原理。

▲點擊觀看視頻：無線充電到底是什么原理？

無線充電，可謂是懶人之光。

如果你的家里有無線充電設(shè)備，那么從此你就再也不用每年等待購物節(jié)批發(fā)數(shù)據(jù)線，囤一堆type C轉(zhuǎn)type C、USB轉(zhuǎn)type C。

如果你的車上配備了無線充電功能，那么從此你就可以擺脫從線“網(wǎng)”中找中控按鍵的日子，從此看清內(nèi)飾，還自己一臺整潔的車。

如果你訂的酒店有自帶無線充電的床頭柜，那么至少這一天你可以不用為今天到底應(yīng)該帶哪個頭的線這樣的“豪賭”買單，悶頭睡一覺，第二天醒來電力滿滿。

誰用了無線充電，不說一句：真香！

相比于普通數(shù)據(jù)線進(jìn)行充電，無線充電省去插拔數(shù)據(jù)線的操作，只需把電子設(shè)備在指定區(qū)域，就能開始充電。這究竟是如何實現(xiàn)的呢？

實現(xiàn)無線充電技術(shù)主要通過四種方式：電磁感應(yīng)式、磁場共振式、無線電波式、電場耦合式。

目前最為主流的就是電磁感應(yīng)式。原理和居民樓外面掛著的變壓器一樣：電生磁，磁生電。只不過無線充電是把變壓器一劈兩半，電生磁的部分給充電器，磁生電的部分給電子設(shè)備，例如手機(jī)。

除了電生磁的線圈，充電器中還有一些芯片也在無線充電的過程中起到了重要的作用：功率芯片和主控芯片。前者的主要功能是把直流電轉(zhuǎn)換成能夠產(chǎn)生變化磁場的交流電；后者是一塊單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)無線充電協(xié)議的處理。

由此，我們可以梳理出電磁感應(yīng)無線充電的整個工作流程：首先由芯片和一系列外圍部件把來自USB端口的直流電變成交流電，通過線圈，形成磁場；磁場穿透充電器和手機(jī)的外殼，在手機(jī)內(nèi)部的線圈感應(yīng)出電流，完成能量的傳輸。

電磁感應(yīng)式的無線充電器無論是芯片還是整機(jī)，設(shè)計和制造門檻都不高，市場競爭非常激烈，價格也越來越便宜。目前小功率充電場合，例如手機(jī)、平板電腦等，都普遍使用這種充電器。但缺點是充電設(shè)備需要對準(zhǔn)位置才能充電，且由于金屬會屏蔽電磁，因此對外殼材質(zhì)有一定要求。這也是為什么現(xiàn)在市面上配備無線充電的智能設(shè)備其實都不是金屬機(jī)身的，無線充電器的背蓋，也因此多采用陶瓷、塑料、玻璃材質(zhì)。同時，電磁轉(zhuǎn)換會有明顯的損耗，無線充電的效率必然會低于有線充電。

第二種無線充電技術(shù)是磁場共振式，則是得益于尼古拉·特斯拉而實現(xiàn)的。1890年，他通過自然的共振效果，發(fā)明 “特斯拉” 線圈，讓普通的電壓升高以達(dá)到上百萬伏的高頻高壓效果并在第二年建塔，橫跨大西洋向全球輸送電能。它的原理是通過設(shè)備兩端與諧振器產(chǎn)生同頻磁場進(jìn)而實現(xiàn)了共振產(chǎn)生電能。雖然磁場共振式可以讓無線傳輸距離更長，但由于效率很差，隨著科技的發(fā)展，它在現(xiàn)代社會中已逐漸被其他方式替代。

第三種無線電波技術(shù)則是另一種比較有名的方式。即受電設(shè)備直接捕捉電磁波而獲得能量。最早那種不需要電池就能收聽到廣播的“礦石收音機(jī)”，就是這個原理。無線電波充電不需要充電端和受電端緊貼在一起，然而它的優(yōu)點也成為了它的缺點：如果為手機(jī)這種相對較大功率的設(shè)備充電，那么“充電器”的體積和電磁輻射污染都是不可接受的。如今這種“充電技術(shù)”應(yīng)用最多的地方是……微波爐。

第四種電場耦合的原理，和交流電能夠通過電容器的原理非常近似。由于電容器內(nèi)部不是導(dǎo)體，所以如果把電容器拆開，一半給充電器，一半給受電器，四舍五入就得到了一個“無線充電方案”。既然是電容器，那么“無線充電”的兩端就要求覆蓋面積大且距離小，所以很難用于手機(jī)等小體積場合。目前該充電方式主要用于鐵路、無人機(jī)、工程電機(jī)等。

如今針對于手機(jī)等無線充電的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟穩(wěn)定，市場也逐步規(guī)范。但針對新能源汽車等大型移動用電設(shè)備的“無線充電”技術(shù)，仍然處于緊鑼密鼓的研發(fā)階段。未來如果有成熟的方案廣泛落地，那必將是廣大新能源車主的福音。