王毓延 劉寶君 張月良

摘 要：傳統(tǒng)的有線式充電方式由于存在數(shù)據(jù)線的束縛以及充電口的頻繁插拔不僅犧牲了用戶便捷的充電體驗(yàn)還帶來安全隱患。通過無線充電技術(shù)減少了插拔的麻煩，同時亦避免了接口不適用，接觸不良等現(xiàn)象，提高了手機(jī)充電的便攜性、安全性以及兼容性。文章從手機(jī)無線充電原理、無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及外部因素對無線充電傳輸效率的影響等方面進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無線充電;傳輸效率;手機(jī);電磁感應(yīng)

中圖分類號：TM910.6 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-122-02

Abstract： The traditional wired charging mode not only sacrifices the user's convenient charging experience， but also brings security risks due to the binding of data lines and the frequent plugging and unplugging of charging ports. Through wireless charging technology， the trouble of plug-in and plug-in is reduced， and the phenomenon of unsuitable interface and poor contact is avoided， so the portability， safety and compatibility of mobile phone charging are improved. This paper studies the wireless charging principle， the structure of wireless charging system and the influence of external factors on wireless charging transmission efficiency.

Keywords： Wireless charging; Transmission efficiency; Mobile phone; Electromagnetic induction

CLC NO.： TM910.6 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-122-02

引言

傳統(tǒng)的有線充電方式通過電源適配器、插座面板等進(jìn)行充電，但此充電方式由于需要頻繁的插拔充電頭和手機(jī)接口，產(chǎn)生數(shù)據(jù)線的磨損、摩擦極易產(chǎn)生電火花，降低充電的安全性以及可靠性，大大縮短充電裝置的使用壽命。

無線電能傳輸技術(shù)主要有磁場共振、電磁感應(yīng)、無線電波三種傳輸方式。磁場共振是由能量發(fā)送裝置和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個裝置達(dá)到相同的頻率，即可相互交換能量，此方式傳輸功率大可達(dá)幾千瓦，傳輸距離長，能達(dá)到3～4m的無線傳輸，但需要在特定的頻率下進(jìn)行傳輸，技術(shù)難度較大。電磁感應(yīng)式通過初級線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，使得在次級線圈中產(chǎn)生一定電流，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移。電磁感應(yīng)式無線充電成本較低、結(jié)構(gòu)簡單，但傳輸距離較短，一般不大于1cm，傳輸功率一般在幾百瓦左右。無線電波式通過整流濾波等實(shí)現(xiàn)從微波到電能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的無線傳輸，無線電波式能量可傳輸距離最遠(yuǎn)，但其安全性及穩(wěn)定性較低，技術(shù)難度較大。通過分析對比現(xiàn)階段主流的3種無線電能傳輸方式，容易得出電磁感應(yīng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)手機(jī)無線充電較為合理的方式。

1 電磁感應(yīng)無線充電的原理

電磁感應(yīng)式無線充電由送電線圈（下）、受電線圈（上）兩部分組成，接通電源，電流流過送電線圈（下）時線圈將電能轉(zhuǎn)化為磁能，產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)智能手機(jī)靠近送電線圈（下）時，被線圈產(chǎn)生的交變磁場所切割，從而智能手機(jī)內(nèi)部的受電線圈（上）產(chǎn)生交變電流，電磁感應(yīng)充電原理圖如圖2所示，當(dāng)交流電傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)后再通過電容，達(dá)到諧振，傳輸?shù)絀KTARA_AC1和IKTARA_AC2處進(jìn)行整流，將交流電變成直流電，對智能手機(jī)進(jìn)行充電。

2 無線充電傳輸效率的影響因素

2.1 一次及二次側(cè)線圈的尺寸及線圈間距的影響

徐百匯，李達(dá)，高嵬等人在2019年提出一次、二次側(cè)線圈的間距 z，二次、一次側(cè)線 圈直徑比值D2/D和線圈的品質(zhì)因數(shù)Q值都會影響手機(jī)無線充電的傳輸效率，試驗(yàn)指出當(dāng)D2 /D<0.3、z/D>1時，無線充電傳輸效率會顯著降低。當(dāng)z/D<0.1、0.50.3、z/D<1時，無線充電效率較高。此觀點(diǎn)的提出為無線充電的發(fā)展提供了一個新的方向。

2.2 溫度對無線充電傳輸效率的影響

為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳實(shí)可靠，令室溫分別為20℃以及0℃（室溫為0℃時為模擬為無線充電裝置添加散熱系統(tǒng)），使用一輸入功率為最大5V-20V=1.35A，輸出功率為最大20W，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為Q/HDXMT0003-2018的無線充電裝置對機(jī)器型號為小米9、初始電量為0%的手機(jī)進(jìn)行電能傳輸。記錄不同時間點(diǎn)能傳輸所產(chǎn)生的熱量以及不同溫度下充電功率的變化情況，并得到最終充電完成的時長。

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，從以上數(shù)據(jù)可以看出，室內(nèi)溫度在20℃時手機(jī)的電量變化，表現(xiàn)為溫度低、充電功率大時，充電速度較快，溫度高、充電功率小時，充電速度較慢，設(shè)備充滿電的時間為86分鐘。室內(nèi)溫度在0℃時手機(jī)的電量變化，表現(xiàn)為整體充電效率較為平穩(wěn)，設(shè)備充滿電的時間為57分鐘。當(dāng)室內(nèi)溫度在20℃時無線充電裝置的溫度變化，溫度隨時間的增加而增加，并最終保持在40℃左右。而當(dāng)室內(nèi)溫度在0℃時無線充電裝置的溫度變化，溫度隨時間的增加而緩慢增加，并最終保持在30℃左右。室內(nèi)溫度在20℃時無線充電裝置的功率變化，功率隨溫度的增加而下降并保持在10W左右。室內(nèi)溫度在20℃時無線充電裝置的功率變化，因設(shè)備溫度相對較低，功率一般在19W左右，僅有較小波動。

3 總結(jié)

結(jié)合試驗(yàn)分析得出，溫度是影響無線充電傳輸效率的主要因素，無線充電裝置電子設(shè)備的發(fā)熱功率將會朝著遞增趨勢發(fā)展下去，無線充電裝置的發(fā)熱控制技術(shù)也必將迎來更大的挑戰(zhàn)。因此解決無線充電過程中發(fā)熱所帶來的的影響，將是未來幾年該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

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