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[原创] iPhone 8降临,能否改变无线充电的命运?

半导体行业观察 ·2017-09-06 09:09·半导体行业观察
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北京时间9月13日01:00,苹果公司将召开新品发布会,公布iPhone等一系列新产品


如无意外,新一代iPhone手机将有三大技术创新值得关注—— 面部识别、OLED全面屏以及无线充电


一直以来,苹果都以技术应用的创新带动着市场的发展和技术的前进。以指纹识别为例,苹果真正将这一技术融入了我们的生活,使得指纹识别成为了智能手机的标配,同时也改变了指纹识别的命运。


而这一次, 苹果又能否带动另一波技术革命,尤其是拯救无线充电的发展呢?



什么是无线充电

首先我们来了解以下什么是无线充电?


无线充电技术,又称非接触式感应充电,是利用近场感应,即电感耦合,由供电设备(充电器)将能量传送至用电装置,该装置使用接收到的能量对电池充电的技术。



目前,无线充电主要有以下三种形式:


电磁感应式无线充电


电磁感应无线充电是应用最多的无线充电解决方案。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应,事实上,电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感,中国本土的比亚迪公司,早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利,就使用了电磁感应技术。


磁场共振式无线充电


磁场共振式无线充电由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量,是目前正在研究的一种技术。


无线电波式无线充电


这是发展较为成熟的技术,类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。


而从这几项技术中则衍生出了几大无线充电标准联盟。


目前, 消费领域的主要无线充电标准包括无线充电联盟的Qi、A4WP以及PMA三大标准,而后两者已经宣布合并,共同开发新型的标准。


市场规模上,Qi无疑是目前最为普及的,成员包括微软、松下、三星、索尼、东芝等等,宜家也宣布将推出该标准的家具产品。值得关注的是,Qi的最新标准可实现7至45毫米的无线充电距离,算是一个小小的突破。


A4WP的无线充电技术名为“Rezence”,采用谐振耦合技术,虽然在一些电子消费展上偶尔露面,但仍未正式商用。


PMA的产品虽然可以在市场中找到,但为数不多,最大的商业活动是获得星巴克支持,在美国一些分店中推出了免费无线充电服务,但反响平平。


其他的还有Energous公司的WattUp技术,它采用了新型的远距离射频信号技术,目前已经可以实现4米的隔空无线充电,设备不需要放置在充电板上。如果Energous的技术能够在未来获得手机厂商的支持,直接内置于设备中,无疑是极具前景的。


无线充电IC原厂有哪些

说到了技术和标准,虽然看是简单,但是真正大力发展无线充电技术的企业又有多少呢?


要知道,无线充电属于高壁垒行业。


目前无线充电产业链涉及到的有无线充电芯片、模组方案设计、磁性材料线圈以及天线等企业。


从整体产业链分布来看,无线充电分为发射端和接收端,接收端又可以分成芯片和模组两个大部分。


而无线充电芯片包含了硬件软件以及协议等一些列无线充电所需的电源管理系统,但是由于壁垒较高,主要由国外巨头掌握 ,如:IDT、TI、ST、ADI、高通、博通、东芝、NXP/Freescale、安森美、Maxim、凌力尔特、Fulton、Witricity、PowerbyProxi(三星投资)、Energous、Delphi、松下、东芝、罗姆、富士通、瑞萨、理光等,台湾厂家如:凌阳、联发科、新唐、立锜、盛群等。以及国内一些布局较早的初创公司。


下面就来看看其中几家比较大的公司的发展情况:


Dialog


苹果的零组件供应商Dialog 及Energous,共同推出一款名为“DA4100 RF-Transmit”的全新无线充电IC零组件,基于Energous的WattUp无线充电系统所开发,体积更小仅7mm x 7mm且价格更低廉。


意法半导体


意法半导体推出了微型无线充电芯片组,可节省电路板空间,简化机壳设计和密封,缩短研发周期,适用于超级紧凑的穿戴式运动设备、健身监视器、医疗传感器和遥控器。STWBC-WA充电发射控制器配合STWLC04无线充电接收器,采用比市面上其它无线充电芯片组所用线圈更小的线圈,在接收端只使用11mm直径的线圈,在发射端使用20mm线图,可以传输高达1W的电能。


TI


TI推出的BQ25892 是适用于锂离子电池和锂聚合物电池的高度集成型 5A 开关模式电池充电管理和系统电源路径管理器件。 此类器件支持高输入电压快速充电。 其低阻抗电源路径对开关模式运行效率进行了优化、缩短了电池充电时间并延长了放电阶段的电池使用寿命。 具有充电和系统设置的 I2C 串行接口使得此器件成为一个真正的灵活解决方案。


联发科


联发科在2014年的CES上展示了多模充电装器。同时在这次活动中,他们还展示了新的主板和线圈设计。MT3188所含的线圈系统可以支持磁共振和磁感


高通


高通在2014本田雅阁电动汽车上演示了无线充电技术。这款Halo无线充电系统来自新西兰的奥克兰大学。这个系统使用充电箱来驱动地面上的无线充电垫。当对准汽车上的接收端时,就可以进行充电。



早已入局的苹果

截止目前,苹果已经在无线充电上有着比较深的研究,也已经储备了较多的技术支持


今年2月苹果加入无线充电标准组织之一的WPC也印证了苹果在无线充电方面动作积极。苹果的专利布局显现无线充电应用方式,或将带动无线充电行业进入加速期。


今年五月,苹果最新专利“双频天线的无线充电和通信系统”通过美国专利局审核,根据这项专利,提供充电的设备将会使用波束控制技术,所发出的信号会负载电源,以对其他设备进行无线充电。当时就曾有人猜测,苹果的十周年献礼iPhone 8或将具备这项无线充电技术。


根据目前曝光出来的专利图来看,似乎苹果是想创造一个“无线充电区域”。无论是iPhone、iPad或者APPLE Watch,只要进入某个区域,即可开始无线充电。不必受到距离的束缚。相比于目前常用的感应式无线充电,明显苹果的这一技术体验更加友好。


目前苹果公司的专利布局来看,已经覆盖无线充电的多种使用场景,包括单独为手机进行无线充电,设备间相互充电,以及充电桌面为多设备无线充电。


而在前不久,网上爆出的iPhone8无线充电PCB版,采用单线圈结构,支持电压在5-12V,电流0.6A-2A,功率在5W-10W之间,重要的是支持QI无线充电。众所周知,iPhone一直不支持快速充电,而如果iPhone8能增加到10W,也算是了了苹果用户的愿。


但是,。据供应链人士透露,iPhone 8将采用Qi标准无线充电板,但该标准只支持为7.5瓦功率充电,即5V/1.5A。大约是最新的无线充电标准 Qi 1.2 的 15 瓦充电功率的一半, 可谓名副其实的“慢充”。


至于为何无线限制快充,可能是发热、成本、元器件选型的综合考虑。


能否爆发的无线充电市场

根据IHS的预测, 到2019年无线充电市场规模将突破100亿美元,到2024年市场规模接近千亿人民币。而2015年市场规模仍不足20亿美金,到2018年之前总市场将保持50%-200%的增长,势头十分强劲。


但是经过多年的发展,无线充电市场依旧不温不火。


一方面,三星是无线充电技术最早的推动者,从 2012 年的 note2 产品就推出了外置的无线充电配件套只需要将无线充电贴片贴在手机预留的充电金属接触点上即可使用无线充电功能。到 2015 年,三星在 note5、s6、s6 edge 等产品中普遍集成了无线充电接收板。


可以说,2015 年是无线充电在消费电子大规模应用的元年,索尼、谷歌 NEXUS、MOTO、诺基亚等品牌在高端机上都开始内置无线充电模块,标志着无线充电技术的成熟度及模组成本得到了国际一线品牌的认可。


手机无线充电目前整体市场渗透率较低,2017 年是 iPhone 推出十周年,市场预测下一代 iPhone采用无线充电技术是大概率事件,有望引领智能手机掀起无线充电浪潮,华为、OPPO、VIVO、小米等国产品牌跟进将进一步推动手机无线充电渗透率的提升,预计手机无线充电技术应用将迎来爆发期。


除运用于手机之外,无线充电技术还将用于智能手表、平板电脑等诸多消费电子终端产品,市场空间均可达数十亿元规模,潜力巨大。


除消费电子之外,新能源汽车是无线充电应用的另一广阔市场。 无线充电安全性高、受天气影响小、节省道路空间,因此和充电桩相比更适宜运用于电动汽车;同时充电站、充电桩等设备的建设速度也难以跟上电动汽车增长速度,成为制约电动汽车发展瓶颈,因此无线充电将对电动汽车推广起到重要促进作用。


难以克服的挑战

无线充电问世之初,所有人都充满期待,毕竟能够摆脱各种烦人的线缆和充电器,是一件很棒的事情。


然而,最终产品问世后则让人们无比失望: 繁杂的标准、对手机放置位置的苛刻要求、缓慢的充电速度,最终让无线充电成为一种鸡肋功能。


当然,如三星S7等新款手机依然支持无线充电,但很多厂商已经“放弃治疗”。那么,无线充电是否还有机会普及呢?



目前,无线充电技术面临几方面的挑战:


一方面是用户害怕辐射会对人体产生伤害。 但是,从理论来说,无线充电技术对人体安全无害处,无线充电使用的共振原理是磁场共振,只在以同一频率共振的线圈之间传输,而其他装置无法接受波段,另外,无线充电技术使用的磁场本身就是对人体无害的。但无线充电技术毕竟是新型的充电技术,很多人都会担忧无线充电技术会像当初Wi-Fi和手机天线杆刚出现一样,其实技术本身是无害的。


另一个方面是充电效率 ,特别是中场充电效率和远场充电效率。此前已经有过不少测试证明,无线充电在大多数手机中的充电效率都要低于有线,而且你也需要将你的手机放置在无线充电基座上,毕竟现在其能感应的范围并不远。


第三,成本。 目前大多数解决方案将重心放在移动手机上,无线充电接收器被放置在电池后壳或者保护套上,未来的无线充电技术将让所有的移动设备嵌入内置接收器和发射器,这样就可以在咖啡馆、机场、快餐店等公共场所方便使用无线充电设备。


但无线充电接收器放在电池后壳或者保护套上,这样增加了额外成本,如果有手机厂商愿意在手机内置接收器,不仅可以节省部分成本,优化性能,还可以推动无线充电的普及。


总结

苹果一向对于用户体验有着极高的要求来看,本次如果iPhone 8配备了无线充电的技术,必然是可以商用。


同时,无线充电在未来的社会是非常重要的,这主要是因为在5G、物联网以及新能源车即将成为社会的主流时,除了这些项目本身的技术研发之外,相关的充电问题也成为了非常重要的难题。


比如说,新能源汽车在未来成为主流车型已经是不争的事实,但鉴于目前的电池技术,续航成为了非常致命的问题,但如果有一种随时随地可以无线充电的技术,那么这个问题就可以迎刃而解。


但是,需要知道的是, 无线充电技术目前面临的三个挑战如果无法解决的话,无论是在应用上,还是在人们的接受程度上,都很难实现真正的普及。其高昂的使用成本也会使消费者望而却步,继续成为手机上被人遗忘的技能!


试想一下,有着能够快速充电的有线充电能够以更低的价格更快的速度充满电,用低效且昂贵的无线充电真的是一件现实的事情吗?


所以说,即便如苹果这样强大,也很难在不改变技术和顺应市场需求的前提下,使无线充电真的崛起,而无线充电在智能手机上的崛起也不会很明朗。就如智能手表一般,苹果的入局仅仅是使得智能手表成为一件高昂的装饰品,而不是消费品。


技术瓶颈与缺陷难破,即便是苹果也难以改变无线充电的命运! (文/刘燚)


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