揭秘Qi无线充电标准

智能手机、电子书阅读器和平板电脑等众多移动设备都需要定期插到电源插座上补充电量。大部分智能手机电池的续航时间都很少能超过一天，所以带来了频繁充电这个让人烦恼的后勤问题。相信因为手机没电而耽误事的情况每个人都遇到过。如果电池技术和移动设备的耗电情况没有突破性进展的话，那么有没有一种解决方案至少可以让充电这件事变简单呢？理想的情况是，只要把手机放在一个设备上就可以充电，像电动牙刷的无线充电盘一样。但是与牙刷相比，移动设备需要在更短的时间内传输更多的电能。

目前，有超过100家重要的科技公司，包括索尼和松下等都加入了一个名叫无线充电联盟（WPC）的组织，该联盟的目标是制定一个统一的无线充电标准Qi（发音同“气”，该标准由香港ConvenientPower公司推动建立）。WPC联盟的第一个无线充电标准是2010年通过的，但后续的进展缓慢。美国通信运营商Verizon自2011年中期以来，仅为一小部分手机上提供了无线充电版本，包括三星的Galaxy设备在内都使用的是更换无线充电后壳的方式。但是今年，情况就完全会是另一番模样，诺基亚的新旗舰手机Lumia 920采用了无线充电技术（Lumia 820也可以通过换壳来得到无线充电功能），并且诺基亚还同时发布了无线充电枕头和无线充电音响等配件，而且Google的第四代旗舰手机Nexus 4也内置了Qi无线充电技术。

快速充电

目前Qi标准最大支持5W的负荷。平板电脑需要几个小时才能完成充电，而电池容量在2 000mAh左右的智能手机充电则需要2h~3h。Qi标准并没有指定能量传送的具体方案，但目前主要是通过磁感应来实现能量转移。发射器和接收器上都配备了线圈，发射器线圈通电后交变电流会产生一个交变磁场，然后接收器的线圈通过感应产生电压，从而为移动设备充电。

为了提高能量传递的效率，发射线圈的磁场要尽可能与接收线圈匹配，所以不同直径的线圈，在发射器和接收器之间存在一个最佳传输距离。Qi标准中规定的发射线圈尺寸大约在30mm~80mm之间。匹配的距离约为发射器线圈直径的1/10，这意味着两个设备必须靠近。因为如果距离增大，能量转移的效率就会明显降低，从超过70%降低到不到10%。为了使信号传输达到最佳状态，线圈不仅要彼此接近，而且角度也要十分理想，为了确保移动设备位于发射器线圈的中心，充电设备通常会配备磁铁来进行精确定位。

磁场间的通信

除了能量，两个磁场之间还需要发送数据。将移动设备放置到充电板上时，发射器和接收器之间就会通信。发射器每400ms发射一个脉冲，如果电压保持不变，就不会传递能量。如果电压下降则意味着有Qi标准的接收器存在。之后，发射器会发射一个更强的脉冲唤醒接收器。此时脉冲的作用相当于一个能量转让协议，它告诉发射器现在的接收器需要多大的电量以及以什么样的频率传递能量波等信息。然后在传输阶段每32ms发射一个脉冲，保证可以及时修复控制器模块发射出的错误数据包。如果电池充满了电，接收器就会发射一个“结束功率传输”的包，然后发射器将停止能量传递。

2012年4月，WPC推出了Qi标准的扩展版本1.1，使厂商能够生产更强大的充电站，而不是简单的基础版本。新版本支持采用多线圈模型的发射器，移动设备只要在充电板上即可对准线圈接收能量。此外，充电站也支持多个不同的移动设备同时充电。这样的话，接收器制造商可以在很大程度上获得设计自由度。

1.1版本的Qi标准很有可能被更广泛地普及，但不会成为大一统的标准。因为不仅苹果不支持Qi标准，三星和高通也计划推出自己的无线充电标准，而且英特尔也将在2013年推出支持无线充电的超极本，后两者的方案在技术原理上都不同于Qi的共振感应技术，因此是否能与Qi标准兼容尚不明确。但是如果英特尔和三星能够在符合Qi标准的情况下带来更好的技术，则很有可能统一所有无线充电标准，真正让无线充电技术的普及取得重大突破。

本文来源：CHIP《新电脑》2013年01期   作者：郝晓茹