盤點(diǎn)無(wú)線充電的技術(shù)路線、標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)鏈格局

近日，知名手機(jī)廠商推出了20W無(wú)線充電器、20W小米無(wú)線車載充電器和無(wú)線充電寶。手機(jī)即將進(jìn)入無(wú)線快充時(shí)代，會(huì)迅速普及。

無(wú)線充電技術(shù)在消費(fèi)電子市場(chǎng)的應(yīng)用由來(lái)已久，伴隨著行業(yè)龍頭蘋果、三星等龍頭廠商主力推進(jìn)無(wú)線充電應(yīng)用，智能手機(jī)無(wú)線充電有望全面鋪開(kāi)。未來(lái)， 新能源車的發(fā)展推動(dòng)車廠無(wú)線充電研發(fā)的熱情，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織也進(jìn)入最后標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試階段，無(wú)線充電在汽車端的應(yīng)用有望加速落地。

此外，無(wú)線充電的使用場(chǎng)景不僅僅局限在手機(jī)、可穿戴、平板、筆記本電腦等中低功率領(lǐng)域應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)浪潮的大背景下，無(wú)線充電各類公共應(yīng)用場(chǎng)景不斷出現(xiàn)，無(wú)線充電相關(guān)產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)空間。

無(wú)線充電的技術(shù)路線

無(wú)線充電技術(shù)（Wireless charging technology）源于無(wú)線電力輸送技術(shù)，是指裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理、電磁波共振原理或者其它將磁場(chǎng)作為傳送功率橋梁的技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的一項(xiàng)技術(shù)。

由于充電器與用電裝置之間以磁場(chǎng)傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無(wú)導(dǎo)電接點(diǎn)外露。 現(xiàn)階段無(wú)線充電技術(shù)以電磁感應(yīng)方式和電磁共振方式為主。 電磁感應(yīng)技術(shù)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)充電效率較高，在無(wú)線充電推廣初期是主要應(yīng)用方式，商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，目前手機(jī)中采用的無(wú)線充電技術(shù)也主要是電磁感應(yīng)技術(shù)。

1、電磁感應(yīng)方式

電磁感應(yīng)技術(shù)通過(guò)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，有兩個(gè)線圈組成，在初級(jí)線圈上接入交流電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，次級(jí)線圈由于有交變磁場(chǎng)的存在而感應(yīng)出交變的電流。 由電—磁—電轉(zhuǎn)化，以此構(gòu)建一套無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。 電磁感應(yīng)方式的磁場(chǎng)隨著距離的增加快速減弱，一般只能在數(shù)毫米至 10 厘米的范圍內(nèi)工作， 因此傳輸距離短、使用位置相對(duì)固定， 但是能量效率較高、技術(shù)簡(jiǎn)單， 是目前主要商業(yè)化應(yīng)用的方式。

最早利用這一原理的無(wú)線充電產(chǎn)品是電動(dòng)牙刷。 電動(dòng)牙刷由于經(jīng)常接觸到水，所以采用無(wú)接點(diǎn)充電方式，可使得充電接觸點(diǎn)不暴露在外，增強(qiáng)了產(chǎn)品的防水性，也可以整體水洗。 以電動(dòng)牙刷為例， 在充電插座和牙刷中各有一個(gè)線圈，當(dāng)牙刷放在充電座上時(shí)就有磁耦合作用，利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)傳送電力，感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)整流后就可對(duì)牙刷內(nèi)部的充電電池充電。

2、電磁共振方式

電磁共振方式是發(fā)射端和接收端達(dá)到相同的頻率，達(dá)到磁場(chǎng)共振，滿足能量交換，以此來(lái)給設(shè)備充電。電磁共振方式相比電磁感應(yīng)方式最大的優(yōu)勢(shì)在于在距離具有更高寬容度，可以支持?jǐn)?shù)厘米至數(shù)米的無(wú)線充電；并且電磁共振方式還可以同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電，并且對(duì)設(shè)備的位置并沒(méi)有嚴(yán)格的限制，使用靈活度在各項(xiàng)技術(shù)中居于榜首，未來(lái)無(wú)線充電的重點(diǎn)發(fā)展方向。 該技術(shù)的主要缺陷在于在傳輸效率較低。

3、電磁耦合方式

相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式，電場(chǎng)耦合方式有三大優(yōu)點(diǎn)：充電時(shí)設(shè)備的位置具備一定的自由度；電極可以做得很薄、更易于嵌入；電極的溫度不會(huì)顯著上升，對(duì)嵌入也相當(dāng)有利。

電場(chǎng)耦合方式具有體積小、發(fā)熱低和高效率的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)和支持者較少，不利于普及。

4、微波諧振方式

英特爾公司是微波諧振方式的擁護(hù)者，這項(xiàng)技術(shù)采用微波作為能量的傳遞信號(hào)，接收方接受到能量波以后，再經(jīng)過(guò)共振電路和整流電路將其還原為設(shè)備可用的直流電。

這種方式就相當(dāng)于我們常用的Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)收雙方都各自擁有一個(gè)專門的天線，所不同的是，這一次傳遞的不是信號(hào)而是電能量。

微波的頻率在300MHz～300GHz之間，波長(zhǎng)則在毫米-分米-米級(jí)別，微波傳輸能量的能力非常強(qiáng)大，我們家庭中的微波爐即是用到它的熱效應(yīng)，而英特爾的微波無(wú)線充電技術(shù)，則是將微波能量轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。

微波諧振方式的缺點(diǎn)相當(dāng)明顯，就是能量是四面八方發(fā)散的，導(dǎo)致其能量利用效率低得出奇。而它的優(yōu)點(diǎn)，則是位置高度靈活，只要將設(shè)備放在充電設(shè)備附近即可，對(duì)位置的要求很低，是最符合自然的一種充電方式。無(wú)線微波方式雖然能效很低，但使用最為方便。

未來(lái)的無(wú)線充電將是高自由度的、高效率的、高兼容性的： 1 支持在任一平面任意位置上的自由充電； 2 還采用新的架構(gòu)使得單一線圈情況下充電面積增加，提高充電效率； 3 發(fā)射端可以為多個(gè)接收端充電； 4 可以支持設(shè)備間的互相充電。

目前電磁感應(yīng)式無(wú)線充電的方案最為成熟， 商業(yè)也最為廣泛。但是這種充電技術(shù)充電過(guò)程中手機(jī)需要限定在一定的位置上，仍然沒(méi)有帶來(lái)任何靈活性。 由于其成熟度和相對(duì)較高的效率， 是目前技術(shù)條件下商業(yè)化應(yīng)用的最優(yōu)選擇。蘋果等手機(jī)制造商正在努力提高這項(xiàng)技術(shù)的充電效率，然后再過(guò)渡到下一階段的無(wú)線充電技術(shù)——電磁諧振無(wú)線充電。

在電磁諧振充電方式中，發(fā)射線圈和接收線圈可以弱耦合，但工作頻率相近， 這使得設(shè)備可以在距充電區(qū)域稍大的距離處使用，因此提高了充電位置的自由度。這種新型充電技術(shù)符合未來(lái)無(wú)線充電升級(jí)方向，但是電磁諧振充電仍然還不夠成熟，并且效率較低， 市場(chǎng)應(yīng)用尚需要時(shí)間。

無(wú)線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前主流的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)有三種：Power Matters Alliance（PMA）標(biāo)準(zhǔn)、Qi標(biāo)準(zhǔn)、Alliance for Wireless Power（A4WP）標(biāo)準(zhǔn)。

Power Matters Alliance標(biāo)準(zhǔn)

Power Matters Alliance標(biāo)準(zhǔn)是由Duracell Powermat公司發(fā)起的，而該公司則是由寶潔與無(wú)線充電技術(shù)公司Powermat合資經(jīng)營(yíng)，擁有比較出色的綜合實(shí)力。除此以外，Powermat還是Alliance for Wireless Power（A4WP）標(biāo)準(zhǔn)的支持成員之一。

目前已經(jīng)有AT&T、Google和星巴克三家公司加盟了PMA聯(lián)盟（Power Matters Alliance縮寫(xiě)）。PMA聯(lián)盟致力于為符合IEEE協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和電子設(shè)備，打造無(wú)線供電標(biāo)準(zhǔn)，在無(wú)線充電領(lǐng)域中具有領(lǐng)導(dǎo)地位。

目前Duracell Powermat公司推出過(guò)一款WiCC充電卡采用的就是Power Matters Alliance標(biāo)準(zhǔn)。WiCC比SD卡大一圈，內(nèi)部嵌入了用于電磁感應(yīng)式非接觸充電的線圈和電極等組件，卡片的厚度較薄，插入現(xiàn)有智能手機(jī)電池旁邊即可利用，利用該卡片可使很多便攜終端輕松支持非接觸充電。

Qi標(biāo)準(zhǔn)

Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無(wú)線充電聯(lián)盟（Wireless Power Consortium，簡(jiǎn)稱WPC）推出的“無(wú)線充電”標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征。

首先，不同品牌的產(chǎn)品，只要有一個(gè)Qi的標(biāo)識(shí)，都可以用Qi無(wú)線充電器充電。其次，它攻克了無(wú)線充電“通用性”的技術(shù)瓶頸，在不久的將來(lái)，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無(wú)線充電器充電，為無(wú)線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能。

Qi采用了目前最為主流的電磁感應(yīng)技術(shù)。目前Qi在中國(guó)的應(yīng)用產(chǎn)品主要是手機(jī)，這是第一個(gè)階段，以后將發(fā)展運(yùn)用到不同類別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。截至目前，聯(lián)盟成員數(shù)量已增加到74家，包括飛利浦、HTC、諾基亞、三星、索尼愛(ài)立信、百思買等知名企業(yè)都已是聯(lián)盟的成員。

A4WP標(biāo)準(zhǔn)

A4WP是Alliance for Wireless Power標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，由美國(guó)高通公司、韓國(guó)三星公司以及前面提到的Powermat公司共同創(chuàng)建的無(wú)線充電聯(lián)盟創(chuàng)建。

該聯(lián)盟還包括Ever Win Industries、Gill Industries、Peiker Acustic和SK Telecom等成員，目標(biāo)是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品無(wú)線充電設(shè)備設(shè)立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)對(duì)話機(jī)制。

該無(wú)線充電聯(lián)盟將重點(diǎn)引入“電磁諧振無(wú)線充電”技術(shù)，與Qi的“電磁感應(yīng)技術(shù)”有所區(qū)別，這兩種技術(shù)各有千秋。

前者傳輸效率可能較低，但可以實(shí)現(xiàn)稍遠(yuǎn)距離的無(wú)線充電。后者需要近距離接觸，例如將手機(jī)放在一個(gè)底座上，不用接線就可以通過(guò)感應(yīng)充電，但這樣充電效率較高。

A4WP標(biāo)準(zhǔn)組成聯(lián)盟希望讓無(wú)線充電迅速普及，讓用戶在任何地方都可進(jìn)行無(wú)線充電?；蛘哒f(shuō)，A4WP想要讓無(wú)線充電便宜一些，并且在不增加手機(jī)、平板或者筆記本電腦體積的情況下增加充電接口，這意味著將有越來(lái)越多的制造商默認(rèn)選擇無(wú)線充電器。

Alliance for Wireless Power（A4WP）和Power Matters Alliance（PMA）兩大無(wú)線充電技術(shù)聯(lián)盟現(xiàn)已合并。合并后的聯(lián)盟更名為AirFuel Alliance（AFA）。新名稱標(biāo)志著兩大集團(tuán)將努力攜手共進(jìn)，盡快將智能手機(jī)和平板電腦的無(wú)線充電解決方案標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，共同與Wireless Power Consortium (WPC)的Qi無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)相競(jìng)爭(zhēng)。

無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)鏈格局

無(wú)線充電產(chǎn)品分為發(fā)射端模組和接收端模組兩部分。 發(fā)射端 Tx 對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品就是無(wú)線充電的充電器，接收端 Rx 對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品技術(shù)帶無(wú)線充電功能的產(chǎn)品如智能手機(jī)、智能手表等。 感應(yīng)充電和電磁諧振兩這種無(wú)線充電技術(shù)雖然物理機(jī)制不同，但技術(shù)內(nèi)容和價(jià)值鏈非常相似，都由逆變器、整流器、驅(qū)動(dòng)器、降壓轉(zhuǎn)換器和線圈組成， 大多數(shù)業(yè)內(nèi)廠商都在同時(shí)開(kāi)發(fā)這兩種技術(shù)的產(chǎn)品。

無(wú)線充電從產(chǎn)業(yè)鏈角度主要?jiǎng)澐譃槲鍌€(gè)環(huán)節(jié)：方案設(shè)計(jì)、電源芯片、磁性材料、傳輸線圈以及模組制造。方案設(shè)計(jì)和電源芯片環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘高、利潤(rùn)高，基本被國(guó)外企業(yè)壟斷。磁性材料和傳輸線圈環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘相對(duì)較低， 中外廠商都參與其中。模組制造環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘和利潤(rùn)最低，主要參與者為國(guó)內(nèi)廠商。

1、方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通常由終端廠商提需求，方案廠做設(shè)計(jì)，難度和附加值最高。目前以蘋果、高通、特斯拉等國(guó)外廠商為主，國(guó)內(nèi)中興通信、信維通信、萬(wàn)安科技等具有竟?fàn)幜?。?guó)外高通 Halo 無(wú)線充電技術(shù)和特斯拉免插充電系統(tǒng)應(yīng)用于汽車，蘋果在智能手表和智能手機(jī)上分別采用 MagSafe 磁吸方式和 Qi 無(wú)線充電。國(guó)內(nèi)中興通訊布局汽車無(wú)線充電，信維通信給三星NFC 無(wú)線充電設(shè)備供貨，萬(wàn)安科技投資了無(wú)線充電企業(yè) Evatran。

2、電源芯片：

電源芯片主要包括發(fā)射端 Tx 和接收端 Rx， Tx 按照特定頻段的無(wú)線電信號(hào)（Qi、PMA、 A4WP 規(guī)定了不同的頻段）輸入電源， Rx 將無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)化成電能完成充電。近年來(lái) Tx芯片和 Rx 芯片正不斷向高集成度、高充電效率、低功耗發(fā)展，主要是高通、博通、 TI、 IDT、NXP、 MTK 等芯片巨頭參與其中。 充電頭網(wǎng)拆解了 2018 年市場(chǎng)上熱門的無(wú)線充電發(fā)射端，各無(wú)線充電發(fā)射端主控芯片的匯總示例如下?？梢钥吹?IDT 在無(wú)線充電芯片上處于領(lǐng)先位置，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于三星、華為、小米、索尼等主流智能手機(jī)品牌上。

3、磁性材料：

磁性材料的作用主要有兩個(gè)： 1）隔磁屏蔽：為磁通量提供一條低阻抗通路，降低向外散發(fā)的磁力線，減少對(duì)周圍金屬物體的影響，防止產(chǎn)生渦流和信號(hào)干擾； 2）導(dǎo)磁降阻：提高耦合系數(shù)，提升磁電轉(zhuǎn)換效率，使用更少的匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高電感的線圈，降低線圈電阻，減少發(fā)熱帶來(lái)的效率降低（匝數(shù)越多，電阻越高）。

目前主流用的磁性材料有鐵氧體、納米晶等。2012 年諾基亞推出無(wú)線充電手機(jī) Lumia 920，所用的磁性材料是硬質(zhì)鐵氧體； 2013 年一款銷往海外的手機(jī) HiKe 868 設(shè)計(jì)了無(wú)線充電和 NFC的集成，配備的磁性材料是 WPC-鐵氧體（剛性）、 NFC-鐵氧體（柔性）； 2015 年手機(jī)無(wú)線充電發(fā)生了里程碑式的變化，三星推出首款無(wú)線充電旗艦手機(jī) Galaxy S6，不僅兼容兩種無(wú)線充電的標(biāo)準(zhǔn)， WPC 和 PMA，還配置了兩種支付標(biāo)準(zhǔn) NFC 和 MST，匹配用的軟磁屏蔽材料除了鐵氧體外，首次使用了非晶導(dǎo)磁片，使得手機(jī)不僅做的輕薄精美，還大幅提升了無(wú)線充電效率； 到 2016年三星又做了改進(jìn)，把磁性材料全部換成了更加先進(jìn)的納米晶導(dǎo)磁片，引領(lǐng)無(wú)線充電技術(shù)的變革，始終處于領(lǐng)先地位。從這幾年的發(fā)展歷程看磁性材料逐漸從鐵氧體逐漸過(guò)渡到納米晶。

在磁性材料領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外企業(yè)在這一領(lǐng)域均占據(jù)一定市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)有包括合力泰（藍(lán)沛）、安潔科技、天通股份、安泰科技、橫店?yáng)|磁、信維通信等。國(guó)外參與方則有 TDK、村田、太陽(yáng)誘電等。

4、傳輸線圈：

傳輸線圈具有高客戶定制化特征，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游緊密配合。因此該領(lǐng)域的主要進(jìn)入壁壘在于廠商的精密加工水平以及與上下游的銜接能力。傳輸線圈需要內(nèi)置在終端中，對(duì)低損耗和輕薄化有較高的要求，隨著 iPhone 從 FPC 轉(zhuǎn)換成密繞線圈，預(yù)計(jì)線圈方案將成主流。

傳輸線圈的制造廠商有 TDK、 murata 和松下等，國(guó)內(nèi)廠商有立訊精密、東尼電子、信維通信、碩貝德和順絡(luò)電子等。

5、模組制造：

模組的封裝制造環(huán)節(jié)技術(shù)要求相對(duì)低，主要要求輕薄化和小型化，與其他電子零部件制造工藝相差不大，價(jià)值鏈位置較低，主要由國(guó)內(nèi)零組件廠商立訊精密、安潔科技等參與。

產(chǎn)業(yè)鏈廠商中， 立訊精密 2014 年導(dǎo)入蘋果 Watch 無(wú)線充電，綜合實(shí)力較強(qiáng)， 蘋果 2019 年將發(fā)布無(wú)線充電板 Airpower，公司受益無(wú)線充電新品上量和相關(guān)主題提振；安潔科技供應(yīng)充電模塊中的材料部分，未來(lái)公司將整合自身在模切、模組方面的能力， 在無(wú)線充電領(lǐng)域做大做強(qiáng)。

2019 年將會(huì)是無(wú)線充電技術(shù)的應(yīng)用正式啟動(dòng)的一年。

短期市場(chǎng)的機(jī)會(huì)主要來(lái)源于移動(dòng)終端的滲透率提升，可以看到的是在蘋果、華為、三星的帶動(dòng)下，智能手機(jī)市場(chǎng)在旗艦機(jī)型中無(wú)線充電功能有望成為標(biāo)配，蘋果的 AirPower 的上市有望成為市場(chǎng)關(guān)注提升的催化因素。

中期市場(chǎng)的機(jī)會(huì)主要來(lái)源于新能源汽車的應(yīng)用拓展，續(xù)航里程和充電體驗(yàn)的提升在新能源汽車市場(chǎng)拓展的過(guò)程中有著重要的影響作用，目前寶馬已經(jīng)有無(wú)線充電的汽車及充電器推出，未來(lái)預(yù)計(jì)到 2020 年前后將會(huì)有更多的廠商跟進(jìn)。

無(wú)線充電的長(zhǎng)期應(yīng)用前景來(lái)源于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的滲透，我們預(yù)計(jì)在未來(lái)的 3~5 年，隨著 5G 和人工智能等成熟度持續(xù)提升，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的包括智能家居、智能汽車、可穿戴設(shè)備、智慧城市等市場(chǎng)中電子產(chǎn)品的應(yīng)用將會(huì)日趨增加，由此對(duì)于續(xù)航和無(wú)尾化電源供應(yīng)的要求也將會(huì)是的無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力。