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为什么说iPhone 8/iPhone X无线充电很鸡肋,从Qi讲起无线充电的故事

2017/09/13
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随着元器件涨价潮,今年的手机普遍迈过“廉价”的门槛,无论千元机还是旗舰机,似乎价格都高出一个档次,然而除了全面屏手机看点实在贫乏。

终于,大家等来了 iPhone 8 与 iPhone X,但从苹果股票的情况来看,恐怕是看热闹的多,买单的少。首先先吐槽一下 iPhone 8,从本质上讲,iPhone 8 就是那个缺席的 iPhone 7S,虽然采用了全新的 A11 六核芯片性能大有提升,但长了与 iPhone 7 一样的脸;其次,一直被期待的 OLED 全民屏也只是 iPhone X 的专属,然而 iPhone X 的售价的确很肾疼。

唯一没有让大家失望的就是,iPhone 8 与 iPhone X 都支持无线充电。无线充电是今年备受瞩目的手机卖点,人们希望真正体会到像 wifi、像蓝牙一样走到哪充到哪的顺畅感,而市场上充斥的却是“鸡肋”的无线充电产品。

iPhone 8 与 iPhone X 的无线充电能否扭转“鸡肋”的局面?

除此之外,苹果还发布了一款名为 AirPower 的无线充电配件,可同时为 Apple Watch Series 3 以及新的 AirPods 充电盒充电,该充电板使用的是一种新的充电标准,当然,进入市场还需时日。


 

令人欣慰的是苹果无线充电并没有搞“特殊化”,支持市面上流行的 Qi 无线充电标准;令人失望的是,并非传闻中的远距离无线充电,想要对 iPhone 8 或 iPhone X 进行无线充电,需要将其放在充电垫上才可充电,充电垫可从 Mophie,Incipio,Belkin 和其他配件制造商处购买。
 

当然,苹果新一代手机在充电方面的学问很大,远非发布会上所展示出的这些,毕竟无线充电的更多参数没有公布。据之前爆料,支持无线充电但功率仅 7.5W。然而,最新的 Qi 1.2 标准下最高可支持 15W。


那么你要问了,苹果官网都明确表示它们支持快充功能,在 30 分钟时间里最多能够充入 50%的电量。


的确是加入了快充技术,据细心人士爆料,在官网的“小字”部分,苹果表示快充测试结果是在使用最低 29W 的 Apple USB-C 电源适配器下测试得出的,而这等于你至少要多付出 388 元人民币,据爆料三款新 iPhone 标配的是依然是 5W 充电器

 

无论 iPhone 8 与 iPhone X 让你感到兴奋还是失望,但采用无线充电是一大跨步。

下面我们就来说说无线充电的那些事。

无线充电技术的原理研究可以追溯到 19 世纪 30 年代,科学家迈克尔•法拉第首先发现了电磁感应原理,即周围磁场的变化将使电线中产生电流。到了 19 世纪 90 年代,爱迪生光谱辐射能研究项目的一名助手,也是后来的科学家尼古拉•特斯拉证实了无线传输电波的可能性,并申请了首个专利。然而由于种种原因,这个项目最后胎死腹中。

2007 年 6 月 7 日,麻省理工学院的研究团队在美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。他们利用铜制线圈作为电磁共振器,一团线圈附在传送电力方,另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后,经过电磁场扩散到接受方,电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验,已经能成功为一个两米外的 60 瓦灯泡供电。尽管最远输电距离还只能达到 2.7 米,但研究者相信,电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源,就可以为整个屋里的电器供电。

目前无线充电存在多种不同的商用技术,电磁感应技术、无线电波技术、电磁共振技术和电场耦合技术等。主要标准包括 Qi、A4WP、PMA、iNPOFi、Wi-Po 等。

电磁感应式
初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。但传输距离仅为厘米级别,适合短距离充电,需要拜访在特定位置才可精准充电,传输功率在 15W 以下,可做到 80%的充电效率。

成立于 2008 年 12 月的 WPC(无线充电联盟)推出国际无线充电标准 Qi 标准,具备便捷性和通用性两大特征,就是电磁感应方式。WPC 是首个的无线电源的行业标准组织,曾专注于为不足 5 W 的低功耗应用制定了规范的行业标准,随着市场对快充的需求,新一代 Qi 标准已经支持 15W 规格的快速无线充电功能。Qi 是无线充电领域公认的领导者。

电场耦合式
与电磁感应式无线充电有着相似实现效果的就是电场耦合式无线充电了。


充电模块是由 2 个非对称偶极子按垂直方向排列而成的,这组偶极子各由供电部分和接收部分的活性炭电极和接地电极组成。利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。具有充电时可实现位置自由、电极薄、电极部的温度不会上升的特点。可做到 1W-10W 传输功率,cm 级的传输距离,70%-80%充电效率。

磁场共振式
鉴于以上两种无线充电的在距离上的局限性,磁场共振式无线充电的最大优势就是将充电距离拉长了,可以做到数 m 的传输距离。

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。相比电磁感应方式,利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式,无需使线圈间的位置完全吻合。可做到数 KW 的传输功率,传输距离可达到 m 级,但充电效率只有 50%。

 


磁场共振方式的代表就是 A4WP。


A4WP(无线能源联盟)由美国高通公司、韩国三星公司以及 Powermat 公司于 2012 年共同创立,重点引入“电磁谐振无线充电”技术。A4WP 想要让无线充电便宜一些,并且在不增加手机、平板或者笔记本电脑体积的情况下增加充电接口。

由 Powermat Technologies 和宝洁于 2012 年创办 PMA(电力事业联盟),致力于确保无线充电技术在全球的互操作性。

2015 年,A4WP 与 PMA 宣布合并,合并后将两大核心无线充电技术结合到一起。随着 A4WP 和 PMA 达成合作,最终 WPC 可能也会参与进来,形成整个无线充电标准领域的统一。

无线电波式
尽管磁场共振式将无线充点的距离拉长了,但似乎还不能满足某些需求,无线电波式就是一个很好的补充。

无线电波式充电的原理是将环境电磁波转换为电流,通过电路传输电流。传功功率大于 10m,传输功率大于 100mW,但充电效率只有 38%左右。因此适合远距离的小功率充电,可自动随时随地充电。


当然,在无线充电领域还有其他方式。


WattUp 无线充电:无线充电 2.0 时代
WattUP 无线充电用低成本的 PCB 天线替代昂贵的线圈,可实现真正的远距离空间自由度,并且可以做到更小、更薄的外形,同时可以做到向多个设备进行充电。Dialog 表示要开启充电 2.0 时代,告别传统的感应式或基于谐振的无线连接,与美国 Energous 公司强强联合,将 Energous 的 WattUP 无线充电技术与自身开发相结合,为用户带来颠覆性的 RF 无线充电解决方案,从近距离接触到远距离充电都可以实现,中场解决方案最远可达 0.9m、远场解决方案最远可达 4.5m。


超声波无线充电
两名宾夕法尼亚大学毕业女生在 2011 年创办了 uBeam,其通过超声波来传递能量,工作原理是发出超声波,带动一个压电式换能器中压电晶体的振动,从而产生电流。按照 uBeam 的描述,他们的产品可以在 4 米左右的距离同时为多个移动设备供电。


令人遗憾的是,苹果早已在 uBeam 挖走几名技术专家。但如今苹果的无线充电却是这般模样。


Wi-Charge
采用红外光充电方式,利用发射器中的激光二极管发出红外光,然后再通过接收器中的光伏电池,并将光能转化成电能。每个发射机可以与 8 米范围内的三个设备配对,并且可以传输高达 3W 的功率,足以为智能手机充电。


WiFi 充电
之前就有传闻成苹果将采用 WiFi 充电,只要有 WiFi 的地方,手机就不会断电。虽然苹果新机的无线充电让人大跌眼镜,但以后用上 WiFi 充电也并非不无可能。无线信号的本质是电磁波,而电磁波本身蕴含有能量。其原理大概是使电子设备在散布在空间中的各种电磁波中获取能量。


今天的《趣科技》就到这里,我们下期见。

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与非网编辑,网名小老虎。通信工程专业出身,喜欢混迹在电子这个大圈里。曾经身无技术分文,现在可以侃侃电子圈里那点事。喜欢和学生谈谈心情、聊聊理想,喜欢和工程师谈谈生活、聊聊工作。不求技术“上进”,只求结交“贵圈”的朋友!