【導讀】無線充電是一種有關生活方式的科技成就,將影響整個日常生活。然而,目前無線充電還存在著各種各樣的缺點、問題,面臨著很多挑戰(zhàn)。本文分享的是關于無線充電標準及其特殊應用。
目前無線充電標準有Qi標準、PMA(Power Maers Alliance)標準和A4WP(Alliance for Wireless Power)標準三種,標準尚未統(tǒng)一。其中Qi標準應用最為廣泛,是無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium, WPC)推出的國際標準;采用近距離電磁感應技術作為低功耗便攜式電子設備充電,為所有電子廠商提供統(tǒng)一的通用標準。PMA標準及聯(lián)盟由Powermat公司發(fā)起,致力于為符合IEEE協(xié)會標準的手機和電子設備進行無線供電。A4WP標準由美國高通公司、韓國三星公司以及Powermat公司共同創(chuàng)建的無線充電聯(lián)盟推出,采用磁共振式無線充電,目標是為便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等提供無線充電。(目前無線充電技術主要有電磁感應式、磁共振式、無線電波式、電場耦合式四種基本方式。)
無線充電技術發(fā)展至今,應用場景廣泛??蔀殡妱友浪ⅰ㈦妱犹觏毜逗蜔o繩電話等小家電無線充電,并已實用化;可為便攜式消費類電子,如手機、PDA和筆記本電腦等充電;也可為電動汽車無線充電。
無線充電是一種有關生活方式的科技成就,將影響整個日常生活。然而,目前無線充電還存在著各種各樣的缺點、問題,面臨著很多挑戰(zhàn)。首先是效率問題:充電效率不高,長時間下能源浪費嚴重,遠距離大功率無線設備的耗能會更高,浪費更大;其次是安全性問題:大功率無線充電設備的電磁輻射會對環(huán)境和生物(如鳥類、居民等)造成很多不利的影響,可能會干擾日常通信,可能對飛機等交通工具產(chǎn)生不良影響;第三是方便性和實用性問題:充電時不能隨意動,位置還必須固定,從使用角度來看,并不比有線充電方便太多;最后是成本較高,價格不菲。
總的說來,無線充電產(chǎn)品在消費電子市場并不是非常有吸引力的功能,未能成為消費者關注的重點,并沒有帶來實質性的革命;還沒有大規(guī)模的使用,并未真正在市場上形成氣候,無線充電只是一個小噱頭,還未被廣泛接受,叫好不叫座,只是一場曲高和寡的技術游戲。
無線充電技術雖然面臨著很多挑戰(zhàn),目前也富有很多機遇,個人認為前景巨大,在一些特殊的領域具有特殊的用途,具有很重要的應用,如醫(yī)用植入設備,無線傳感網(wǎng),防水密封電子產(chǎn)品等等。
醫(yī)用植入設備
醫(yī)療植入式裝置在疾病治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。膠囊內窺鏡、植入式醫(yī)用膠囊可以窺探人體消化道或腸道的潰瘍、異常的增長以及出血等健康狀況,幫助醫(yī)生對病人進行診斷;心臟起搏器可在必要時候用電信號激活心臟復蘇與維持正常。但醫(yī)用植入設備的供電電池容量往往是一定的,一般可供使用幾年,如電池耗完,則需要手術更換植入設備。目前,心臟起搏器植入人體之后,8-10年左右就需要更換電池。也就是說,雖然安裝了心臟起搏器,但每隔8-10年還需要再動一次手術來更換起搏器的電池。如果病人體內的醫(yī)用植入設備可以進行充電,會方便很多,不用再通過手術來更換電池,一次手術即可解決問題,不會有手術失敗、胸腔感染等風險。
Toratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心臟起搏器,采用諧振式無線充電方式,無線充電距離超過10英寸。另外,美國Purdue大學的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音樂為植入式裝置供電的概念,他們研制了一個固有頻率為 435 Hz的PZT懸臂梁,放置于長度為40mm,直徑為8mm的玻璃膠囊里,通過外部頻率為200-500Hz的音樂,如RAP、布魯斯、爵士和搖滾樂等,來激勵懸臂梁產(chǎn)生振動,并轉換成電能,從而為植入式裝置供電。
無線傳感網(wǎng)
無線充電可以實現(xiàn)為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡充電,如可為安置在動物身上的無線定位、監(jiān)測裝置補充電能。ADInstruments 公司的無線動物監(jiān)測系統(tǒng),可以無線監(jiān)測和采集動物的壓力值(如動脈、動脈、膀胱和子宮等)、生物電動勢(ECG心電)和體溫等。采用小型傳感器可以采集高質量的數(shù)據(jù),并可以擴大移動范圍,系統(tǒng)應用靈活,可長期監(jiān)控、記錄動物的狀況。電池可在線充電,不需要停止工作,也不用花費昂貴的代價去更換電池。
可無線充電的無線動物監(jiān)測系統(tǒng)
防水密封電子產(chǎn)品
便攜式的移動產(chǎn)品, 都要不定期地進行充電, 因此不得不留下各種插口和連接電纜,這就很難實現(xiàn)具有防水性能的密封工藝。采用無線充電后,由于設備外殼上沒有金屬接點或者開口,可以增強電子產(chǎn)品的防水性,易于實現(xiàn)產(chǎn)品的防水和密封。如最早出現(xiàn)的采用無線充電的電動牙刷,解決了潮濕環(huán)境下的用電安全問題?,F(xiàn)在很多特殊的產(chǎn)品,在特殊的運用場合和環(huán)境下,如水下工作的自動檢測系統(tǒng),需要密封和防水,不希望產(chǎn)品外殼上留下任何插孔(充電口,開關機鍵,顯示燈等),在這種情形下,如能采用無線充電就能解決其密封和防水問題。筆者就基于Qi無線充電標準,采用電磁感應式無線充電技術,設計了一款防水密封型便攜式GPS終端設備;所研制的無線充電接收模塊,尺寸為50x32x1.0mm3,能有效地為設備的鋰離子電池進行無線充電,結合軟件控制,并實現(xiàn)了設備的無線充電自動開機。