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無線充電未來材料為王,本土標(biāo)準(zhǔn)掀移動(dòng)電源革命

關(guān)鍵字:無線充電  移動(dòng)電源 

TDK最近發(fā)布了面向智能手機(jī)等移動(dòng)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(jī),其厚度實(shí)現(xiàn)了行業(yè)最薄級(jí)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(dú)有的金屬軟磁性薄片。不僅具有線圈組件的“薄”與“輕”的特點(diǎn),還確保了原有的耐沖擊性,在可靠性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí),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(dá)到WPC標(biāo)準(zhǔn)Qi認(rèn)證所需水平,滿足了裝配于智能手機(jī)時(shí)的薄型要求。現(xiàn)階段的輸出電流在0.5A~0.6A水平,今后將進(jìn)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(shí)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?yàn)樵瓉砭€圈的尺寸和性能一直是無線充電無法在移動(dòng)產(chǎn)品中普及的最大因素,突破這一限制以后,無線充電進(jìn)入移動(dòng)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(rèn)為針對(duì)手機(jī)等移動(dòng)產(chǎn)品,要直接把無線充電做進(jìn)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(yuǎn)距離的方向發(fā)展,也許20年后會(huì)取得巨大的成功,但近期內(nèi)不會(huì)取得重大進(jìn)展。但是這次TDK線圈的發(fā)布,證明了國際大廠也意識(shí)到移動(dòng)產(chǎn)品對(duì)無線充電的尺寸有著嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)掀移動(dòng)電源革命
圖:超薄接收線圈

他同時(shí)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(shí)際上就是接收組件中的磁屏蔽物,因?yàn)橛美澗€(利茲線就是多股漆包線的一個(gè)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(shì)恰好是在材料和工藝方面,這又一次驗(yàn)證了他的說法。

對(duì)于這次TDK發(fā)布的線圈,趙志斌這樣評(píng)價(jià):“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(gè)磁屏蔽片。”Qi規(guī)格的無線充電方案的工作頻率是100KHz上下。在這個(gè)頻率下,導(dǎo)體中的電流會(huì)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(xì)的互相絕緣的導(dǎo)線,才可以取得較低的實(shí)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(chǎng)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(jī),里面的那些金屬部件上的渦流效應(yīng)。當(dāng)無線充電發(fā)射裝置發(fā)射出來的交變磁場(chǎng)到達(dá)手機(jī)里面的金屬部件時(shí),會(huì)產(chǎn)生感生電流,這個(gè)電流叫做渦流,而這個(gè)渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向跟發(fā)射出來的磁場(chǎng)的方向正好相反,會(huì)造成接收線圈接收電壓下降,同時(shí)該渦流會(huì)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(duì)這次發(fā)布的產(chǎn)品,趙志斌評(píng)價(jià)道:“相比威世最近發(fā)布的接收組件,TDK的這個(gè)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(gè)。燒結(jié)鐵氧體如果太薄的話,屏蔽的效果會(huì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(hù)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?cè)诓牧涎芯可先〉昧送黄疲晕覀兊慕邮战M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(gè)方面:更薄的厚度;更低的發(fā)熱;更強(qiáng)的屏蔽作用?!?

現(xiàn)在無線充電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)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(shí)間,WPC發(fā)布最新的Qi標(biāo)準(zhǔn)1.1版,增加了對(duì)磁共振技術(shù)的支持,同時(shí)對(duì)之前的Qi 1.0版作了修改和補(bǔ)充。臺(tái)灣富達(dá)通總經(jīng)理蔡明球認(rèn)為在A4WP宣布成立后,WPC的共通性標(biāo)準(zhǔn)就受到質(zhì)疑,且除了A4WP外還有其他廠商有計(jì)劃再成立另外的無線充電標(biāo)準(zhǔn)。所以今年起應(yīng)該會(huì)有三到五年的時(shí)間會(huì)進(jìn)入多家技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的狀況,最后會(huì)由市場(chǎng)決定哪一家的技術(shù)可以存活下來,而市場(chǎng)的銷售量應(yīng)該在五年內(nèi)會(huì)每年呈現(xiàn)倍數(shù)成長。

針對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)情況和對(duì)技術(shù)路線的判斷,趙志斌自己創(chuàng)立了一個(gè)WMPTC(微功率無線輸電聯(lián)盟),希望通過本土廠商對(duì)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(shí)間比較早,當(dāng)時(shí)的技術(shù)以及當(dāng)時(shí)的手機(jī)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(chǎng)的需求了。一方面有些國內(nèi)的手機(jī)廠商會(huì)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(jī)充電的方式,而這個(gè)方式的電流就是0.5A。實(shí)際中正在銷售的手機(jī)無線充電套件,幾乎都是0.5A的規(guī)格的,TDK的這個(gè)接收組件就是一個(gè)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(shí)到無線充電最適合使用的領(lǐng)域是給手機(jī)中的鋰電池直接充電,這是因?yàn)槭艿搅水?dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展水平限制,不能完美的實(shí)現(xiàn)手機(jī)鋰電池的直接無線充電,只好用手機(jī)護(hù)套或者更換手機(jī)背殼的方法來實(shí)現(xiàn)手機(jī)的無線充電,這時(shí)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(jìn)展,實(shí)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(hù)套或者更換手機(jī)背殼的方法去實(shí)現(xiàn)無線充電了,可以直接將接收組件安裝進(jìn)手機(jī)電池或者手機(jī)的原裝背殼。這時(shí),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(huì)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(jìn)一步的提升。而他認(rèn)為更小的功率上,推廣無線輸電更有現(xiàn)實(shí)的意義。比如說當(dāng)手機(jī)的無線充電板的社會(huì)擁有量達(dá)到一定程度后,類似于兒童玩具、無線鼠標(biāo)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(rèn)為,在未來的一兩年內(nèi),搭載在移動(dòng)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(jī)鋰電池上或者內(nèi)置在手機(jī)內(nèi)的無線充電接收構(gòu)成的系統(tǒng)會(huì)成為最為暢銷的無線充電設(shè)備,因?yàn)檫@樣可以獲得比采用有線連接的方案更高的效率,同時(shí)成本上升不多。

產(chǎn)品目錄
MULTICOMP PRO
Kyet 科雅薄膜電容器
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采樣電阻
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HAMAMATSU 濱松光電產(chǎn)品
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