无线充电行业分析报告版Word文档格式.docx

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WPC成立于2008年，以紧耦合感应式无线充电为主要方式，现已成为全球最大的无线充电组织，创建了国际无线充电标准Qi，早期参与企业主要有诺基亚、三星、LG等。

2012年在Powermat的推动下，成立了PowerMattersAlliance（PMA），组织成员同样有Google、NXP、星巴克、AT&

T等行业巨头，采用紧耦合感应式技术，与WPC形成直接对抗。

在WPC和PMA争夺无线充电标准路线话语权的同时，行业内的MTK和PowerbyProxi等公司成立了A4WP组织，主推松耦合谐振式无线充电方案，在新的技术领域探求更为广泛的可能性。

而在2015年以后，PMA与A4WP合并，目前无线充电已经演变为两大标准组织：

WirelessPowerConsortium（WPC）和Air-fuelalliance（AFA）。

两大组织的充电标准互不兼容，未来是否会演变为赢者通吃或二者持续并存，是值得我们持续关注的问题。

表格1：

两大无线充电标准联盟

紧耦合感应式方案在无线充电推广初期快速取得了市场认可，然而松耦合谐振式

解决方案具备更好的用户体验。

通常来讲新技术和产品的应用从初期的用户数量少但是“新鲜感”为主导的市场，逐步突破一些技术里程碑，使得有严苛要求的客户加入进来，同时市场空间逐步扩大。

图表2：

三星手机无线充电器

对于目前的无线充电方案，我们不得不承认，充电发射设备仍然需要外接电源连

接线，这种带尾巴的充电板真的能够替代USB线么？

从易用性的角度考虑，相比于常规USB插线，无线充电板并没有明显的优势。

理想中的无线充电应该摆脱线的束缚，在家里、在车上、在办公室等日常起居环境下，不刻意的放置手机就能够实现充电，这才是使用者和市场需求的产品。

我们参考MTK对无线充电的发展规划，好的解决方案在满足用户体验方面，至少应具备以下条件：

1、易于使用：

将手机放在充电板上，无须担心摆放位置不准确或者手机振动导致位置偏移；

2、合理的充电速度：

设备的无线充电速度至少接近于插线的充电速度；

3、低成本：

可以预见的无线充电的成本短期内仍将会高于USB充电，成本和用

户体验的平衡或将是影响技术普及的重要因素；

4、兼容性：

由于充电标准的差异，接收端的设备应该满足多种发射端的充电协议；

5、多设备：

一个充电器应该实现多个设备如手机、耳机、电脑的同时充电；

6、安全性：

满足散热和电磁辐射的安全标准；

7、环境友好：

提升充电效率，节能环保。

紧耦合感应式无线充电的确为市场带来了“新鲜感”，但受制于客观的物理学原理，

使用仍有诸多不便。

从技术路线和产品易用性角度，我们判断，在无线充电市场起步初期，紧耦合感应式无线充电将承担市场开拓者的角色，伴随着市场接受度和客户体验要求提升，松耦合谐振式无线充电将逐步成为行业主流。

2、紧耦合感应式，开拓市场的急先锋

2.1、紧耦合感应式无线充电基本原理

PMA组织成员Powermat于2009年首次推出无线充电产品，WPC组织成员无线

充电产品首次出现于2011年，两款产品都引起了市场广泛关注。

紧耦合感应式无线充电可以用变压器进行类比，变压器具备初级线圈、次级线圈和线圈之间的铁芯。

初级线圈的交流电流产生变化的磁场，磁场沿着铁芯到达次级线圈，变化的磁场在次级线圈产生感应电流，实现次级线圈充电，即完成了“电源→初级线圈电流→磁场→次级线圈电流→负载”的能量传递。

图表3：

变压器工作原理

紧耦合感应式无线充电与变压器原理相同，可以看成变压器的简化版，移除铁芯，初级线圈和次级线圈均从三维绕线变成平面绕线。

发射端与电源相连，输出频率在

100~400kHz的交流电，交流电通过线圈耦合到接收端电路，接收端在充电IC的调控下实现电能储存。

图表4：

感应式无线充电原理

相比于变压器，无线充电系统移除铁芯之后，磁场主要通过空气传递，但是空气的磁导率远远低于铁芯，导致磁场传递效率较低，因此系统要达到合理的整体无线充电效率（在70%以上），初级线圈和次级线圈之间必须非常靠近，尽可能多的将磁场能

量传递，而少部分泄露的磁场能量将转化为热能损耗掉。

损耗掉的能量称之为漏电感，如果拉大初级线圈和次级线圈的距离，漏电感将进一步增加，系统的充电效率降低，因此感应式无线充电必须采用近距离紧耦合。

同时，发射线圈和接收线圈需要精确定位，采用相对接近的线圈尺寸，在紧贴的条件下才能实现良好的充电效果。

如上所述，紧耦合感应式无线充电的使用条件苛刻，因此为实现准确定位，WPC的

Qi标准提出了三种定位类型：

1、采用磁力对准的定位方式，发射端和接收端都配有磁铁，使用磁铁引力实现定位；

2、采用活动线圈的自由定位，发射端检测到充电对象设备后，通过某一驱动装置将发射线圈移动至该位置进行充电；

3、采用线圈阵列的自由定位，事先排列多个发射线圈，选择最贴近接收设备的发射线圈工作，实现高效率无线充电。

图表5：

磁力对准、活动线圈和线圈阵列

在发射端和接收端的通信方面，紧耦合感应式无线充电采用带内通信的方式，在实现无线充电的过程中，利用与电力传输相同的100~400kHz频带，通过调节传递能量的幅度进行通信。

带内通信的好处在于由于充电和通信同时进行，不需要提前通信确认电池状态，系统是自启动的，支持完全空电的电池实现顺利充电。

2.2、紧耦合感应式无线充电相关标准进程

两大无线充电组织的参与企业是无线充电市场发展主要推动力量，组织标准的进

展情况值得持续关注。

在紧耦合感应式无线充电方面，WPC和AFA两大组织均有相关

标准支持。

WPC组织的Qi标准，是目前市场上最受欢迎的无线充电标准，是市场上参与企

业和支持产品种类最多的标准，主要参与企业包括苹果、三星、博通、高通、仙童半

导体、NXP、IDT、MTK、TI、TDK等国际主流终端和芯片厂商。

AFA组织的PMA标准，同样是紧耦合感应式无线充电，参与的主要企业有AT&

T、金霸王电池、星巴克等。

PMA标准的充电频段为277~357kHz，带内通信，发射端和接收端的距离在5~7mm以内，最大充电功率5W，支持金属外物检测。

可以看出PMA标注和早期Qi标准除了在工作频段略有差异，其他技术指标相对接近，也体现了紧耦合无线充电技术路线的相似性和实现功能的雷同性。

表格2：

紧耦合感应式无线充电标准对比

2.3、紧耦合感应式无线充电现状和未来的发展方向

紧耦合感应式无线充电方案相对成熟，在目前无线充电市场的起步阶段起到了市场宣传的积极作用，但不可避免的由于客观物理限制我们也看到了紧耦合感应式方案的局限性。

举例来讲，紧耦合方案的发射端和接收端必须一对一，一个发射端只能为一个接收端充电，如果为两个接收设备充电，则需要两个电源转换器和两个无线充电板，相比于有线充电并没有低成本和便于使用的优势。

图表6：

与有线充电相比，紧耦合感应式无线充电并没有明显优势

此外，紧耦合无线充电系统要求发射端和接收端必须处于先对贴近的位置，同时需要发射和接收设备的外形是平面耦合才能实现相对较好的充电效果。

紧耦合感应式无线充电具备以下特点，同时也带来相应的使用条件限制：

1、同一发射端不能在同一时间给多个设备充电。

消费者必须购买多个无线充电发射设备，重复购买，对消费者使用体验不友好。

2、发射端线圈大小和接收端线圈大小需要匹配。

对于中等功率的发射端，低功率接收端次级线圈太小无法充电，高功率接收端次级线圈过大只能以中功率充电，充电速度慢，接收端的次级线圈不能以合适的方式与发射端的初级线圈匹配。

3、发射端和接收端必须平面贴近。

手机和移动PC可以顺利实现平面造型，但是手表手环、蓝牙耳机等电子产品经常出现非平面的外形设计，无线耳机的尺寸空间又不足以嵌入足够大的接收线圈，进一步降低充电效率。

因此，如果只是为单一手机充电，紧耦合感应式无线充电是可接受的解决方案，经过WPC和AFA组织的持续改进和优化，已经形成了低成本、高效率的一对一无线充电产品。

但是对于无线充电市场更广泛的普及和应用，应该有更为实用的方案，比如支持同一时间多设备充电，可以为耳机、手机、移动PC等不同尺寸不同功率的接收设备充电，能够适用于各种非平面的外形设计。

从这一角度来看，松耦合谐振式无线充电体现了充分的优越性。

松耦合谐振式无线充电方案的次级线圈只需要和初级线圈的一部分耦合即可实现能量传输，那么次级

线圈就不需要完全紧贴初级线圈或者达到相同尺寸，次级线圈就可以在一定距离内远

离初级线圈，进一步的能够实现多个次级线圈同时工作，支持同时间多设备无线充电。

从产品易用性和多样性角度考虑，松耦合谐振式无线充电方案或将成为未来引爆市场应用的主流。

3、松耦合谐振式，未来市场的主力军

3.1、松耦合谐振式无线充电基本原理

相比于紧耦合感应式无线充电，松耦合谐振式通过初级线圈和次级线圈的磁共振

实现能量传输。

早在1900年代物理学家特斯拉就验证了电磁谐振可以用于能量传输。

原理类似于声音共振，拨动一个特定频率的音叉使之振动，远距离以外相同谐振频率的音叉也会吸收声波能量实现共振，其他谐振频率的音叉则不会振动。

在松耦合谐振式无线充电方案中，发射端在特定谐振频率振荡，将次级线圈的谐振频率调整至和初级线圈一致，当初级线圈发射该谐振频率的能量时，次级线圈因为谐振而吸收能量，实现能量传递。

图表7：

松耦合谐振式无线充电原理

谐振式系统的传输效率取决于电路的Q值，谐振线圈的Q值越高，能量传输效

率越高，业界研究人员发现在6.78MHz的频率比较容易实现谐振线圈的高Q值。

谐振系统和感应系统在结构上类似，都需要初级线圈和次级线圈，差异在于松耦合谐振系统只要初级线圈和次级线圈Q值足够高，就不需要两个线圈位置上紧贴，也意味着谐

振式无线充电的能量传递并不严格需要位置对准、平面形状和尺寸相近。

相比于紧耦合感应式无线充电，松耦合谐振式方案具备以下特点：

1、初级线圈和次级线圈可以使不同尺寸。

接收端的次级线圈可以配置成不同尺寸适应不同的功率等级，次级线圈能够满足圆形、方形等不同形状。

2、可以实现一对多无线充电。

只需要一个充电发射板，可以同时为手机、耳机、移动PC、数码相机等设备同时充电，支持不同设备的不同功率等级充电。

3、充电距离可以达到45mm以上，设备的摆放不局限于特定位置。

基本上支持所有外形结构，不仅限于平面结构。

图表8：

感应式和谐振式无线充电的原理差别

3.2、松耦合谐振式无线充电相关标准进程

PMA和A4WP合并为AFA组织之后，AFA同时具备PMA的感应式标