การแนะนำขั้นพื้นฐาน
คำจำกัดความและเทคโนโลยี
เครื่องชาร์จไร้สายหมายถึงเครื่องชาร์จที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ขั้วที่ต้องชาร์จโดยไม่มีสายไฟชาร์จแบบดั้งเดิม. ใช้เทคโนโลยีการชาร์จไร้สายล่าสุด. โดยใช้สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นระหว่างขดลวด, มันสามารถส่งพลังงานไฟฟ้าได้อย่างน่าอัศจรรย์. เทคโนโลยีการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยจะกลายเป็นสะพานเชื่อมต่อสถานีและอุปกรณ์การชาร์จ.
ข้อดีและข้อเสีย
ได้รับเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย 20 สิทธิบัตรใน 2007. อุปกรณ์ที่หลากหลายสามารถใช้สถานีฐานชาร์จหนึ่งแห่ง, ทำสถานการณ์การชาร์จแบบสายสำหรับโทรศัพท์มือถือ, เครื่องเล่น MP3, เครื่องมือไฟฟ้า, และอะแดปเตอร์พลังงานอื่น ๆ ล้าสมัย. ข้อได้เปรียบของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายนั้นอยู่ในความสะดวกและความเก่งกาจ. อย่างไรก็ตาม, ข้อเสียของมันคือประสิทธิภาพต่ำและความสามารถในการให้พลังงานไฟฟ้าเท่านั้น.
กระบวนการทางประวัติศาสตร์
การค้นพบประวัติศาสตร์
ย้อนกลับไปในยุค 1830, Michael Faraday ค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโดยรอบจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสายไฟ. ในยุค 1890, Nikola Tesla นักวิทยาศาสตร์ที่เกิดในเซอร์เบียได้ยื่นขอสิทธิบัตรครั้งแรก. น่าเสียดาย, งานวิจัยในพื้นที่นี้ล่าช้าเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษเนื่องจากประสิทธิภาพการส่งผ่านต่ำและอันตรายด้านความปลอดภัย.
การพัฒนาที่ตามมา
Professor Xu Shuyuan from the City University of Hong Kong successfully developed a “wireless battery charging platform” in the early years, ซึ่งสามารถชาร์จผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์หลายรายการบนแพลตฟอร์มการชาร์จผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำโดยอัตโนมัติ. นักวิจัยที่ Massachusetts Institute of Technology ได้มีความคืบหน้าในการส่งกระแสไฟฟ้าแบบไร้สาย. การออกแบบของ Soljacic สำหรับการส่งพลังงานไร้สายที่ไม่ใช่รังสีมีขีด จำกัด ระยะทาง, และพวกเขามุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ 70% ถึง 80% ภายในสามถึงห้าปี.
หลักการทำงาน
เสียงสะท้อนและการเหนี่ยวนำ
นักฟิสิกส์รู้จักกันมานานแล้วว่าพลังงานถูกถ่ายโอนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สะท้อนด้วยความถี่เดียวกัน. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายใช้ประโยชน์จากหลักการนี้, การใช้หลักการของการเหนี่ยวนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเทคโนโลยีการเหนี่ยวนำ AC ที่เกี่ยวข้อง. มันใช้ขดลวดที่สอดคล้องกันในการส่งและรับสิ้นสุดเพื่อส่งและรับสัญญาณ AC ที่เหนี่ยวนำให้เกิดการชาร์จ.
การใช้งานจริง
เครื่องชาร์จแบบไร้สายชนิดใหม่, แต่เดิมคิดค้นโดย บริษัท อังกฤษ, ดูเหมือนแผ่นรองเมาส์พลาสติกที่ติดตั้งขดลวดขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กและส่งพลังงานไปยังเครื่องชาร์จโดยเฉพาะ. ขดลวดที่ได้รับ, ทำจากแผลโลหะผสมแม่เหล็กด้วยลวด, สามารถติดกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างง่ายดาย. This new invention allows multiple devices to be charged simultaneously anywhere on the “mouse pad,” and the magnetic field generated is weak enough to not affect nearby items that use magnetic recording data.
หลักการของการชาร์จไร้สาย
ระบบการชาร์จแบบไร้สายส่วนใหญ่ใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและตระหนักถึงการส่งพลังงานผ่านการเชื่อมต่อพลังงานผ่านขดลวด. ดังที่แสดงในรูป, เมื่อระบบทำงาน:
- เทอร์มินัลอินพุตจะแปลงกำลังไฟ AC เป็นพลังงาน DC ผ่านวงจรวงจรเรียงกระแสเต็มสะพาน, หรือส่งพลังงานโดยตรงให้กับระบบด้วยเทอร์มินัล 24V DC.
- หลังจากผ่านโมดูลการจัดการพลังงาน, กระแสสัญญาณเอาท์พุทโดยตรงจะถูกแปลงเป็นกระแสสลับความถี่สูงโดย oscillator คริสตัลที่ใช้งานอยู่ 2M และส่งไปยังขดลวดหลัก.
- พลังงานถูกรวมกันผ่านสองขดลวดอุปนัย, และเอาต์พุตปัจจุบันโดยคอยล์ทุติยภูมิจะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงโดยวงจรการแปลงที่รับเพื่อชาร์จแบตเตอรี่.
สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไป, และในทางกลับกัน. ขนาดของพวกเขาเกี่ยวข้องกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา, และอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชั่นไซน์ทัลส่งผลให้ฟังก์ชั่น sinusoidal อื่น. เพราะฉะนั้น, คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเผยแพร่ได้, และการสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากขดลวดนั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก. ดังนั้น, สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงภายในขดลวดสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น, เสร็จสิ้นกระบวนการชาร์จ.
การชาร์จแบบไร้สายโทรศัพท์มือถือ
การชาร์จแบบไร้สายโทรศัพท์มือถือเป็นวิธีการชาร์จที่ค่อนข้างแปลกใหม่. หลักการของมันตรงไปตรงมา: การแยกหม้อแปลงหลักและรองของหม้อแปลงธรรมดาเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ไร้สาย. อย่างเด่น, อัตราการทำงานของการชาร์จไร้สายสูง, และแม้แต่แกนเหล็กก็สามารถทิ้งได้, ด้วยขดลวดโดยตรงที่บรรลุการทำงานของการถ่ายโอนพลังงาน.
คุณสมบัติพื้นฐานของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย
ความปลอดภัย
จากมุมมองทางทฤษฎี, เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายนั้นไม่เป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของมนุษย์. หลักการเรโซแนนซ์ที่ใช้ในการชาร์จแบบไร้สายคือการสั่นพ้องของสนามแม่เหล็ก, ซึ่งจะส่งผ่านระหว่างขดลวดเท่านั้นที่มีความถี่เดียวกัน, ในขณะที่อุปกรณ์อื่นไม่สามารถยอมรับวงดนตรีได้. สนามแม่เหล็กที่ใช้นั้นไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์. อย่างไรก็ตาม, เป็นเทคโนโลยีใหม่, บางคนอาจมีข้อกังวลเบื้องต้น, คล้ายกับเมื่อ Wi-Fi และเสาเสาอากาศโทรศัพท์มือถือปรากฏตัวครั้งแรก. ในความเป็นจริง, เทคโนโลยีนั้นไม่เป็นอันตราย.
เรโซแนนซ์แม่เหล็ก
เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายของ Maiyuan ใช้การสั่นพ้องแม่เหล็กเพื่อส่งประจุในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กระหว่างเครื่องชาร์จและอุปกรณ์. ขดลวดและตัวเก็บประจุก่อตัวเป็นเสียงสะท้อนระหว่างเครื่องชาร์จและอุปกรณ์.
แอปพลิเคชันที่กว้าง
Maiyuan อ้างว่าระบบนี้สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในอนาคต, เช่นพื้นที่ชาร์จสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและระบบส่งกำลังสำหรับชิปคอมพิวเตอร์. เวลาการชาร์จที่ต้องการโดยระบบการชาร์จที่พัฒนาโดยเทคโนโลยีนี้จะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับวิธีการปัจจุบัน.
อัตราการแปลงสูง
อัตราการแปลงของการชาร์จไร้สาย Maiyuan นั้นสูงกว่าการชาร์จแบบใช้สายหลายเปอร์เซ็นต์. การแปลงสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานทั่วโลกของเครื่องชาร์จไร้สาย. อย่างไรก็ตาม, เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายถูก จำกัด ด้วยระยะทาง. เพื่อการพัฒนาในอนาคต, จำเป็นต้องแก้ปัญหาการวางตำแหน่งที่แม่นยำของแถบคลื่นและช่วงสนามแม่เหล็กสำหรับการส่งทางไกล.
ความท้าทายชิปหลัก
ชิปหลักเป็นความท้าทายที่สำคัญในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายในผลิตภัณฑ์. การควบคุมช่วงรังสีที่แม่นยำ, ความถี่สนามแม่เหล็ก, และการควบคุมอื่น ๆ จะถูกนำไปใช้โดยชิป.
สรุปปัญหา
คอขวดการพัฒนาแอปพลิเคชันตลาด
- ความไม่สมบูรณ์ของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายหลัก
- ความยากลำบากในการบรรลุการส่งผ่านทางไกล
- ข้อกำหนดฮาร์ดแวร์สูงสำหรับการวางตำแหน่งทางไกล
- การจับคู่ความสูงและความสูงขนาดเล็กของการสั่นพ้องของสนามแม่เหล็ก
- ช่วงแอปพลิเคชันที่ จำกัด
- ปัจจัยตลาด – Developers are hesitant to invest heavily in technology research and development due to consumer psychology.
อันตรายจากรังสี
นักวิจัยของ MIT ระบุว่าร่างกายตอบสนองอย่างมากต่อสนามไฟฟ้า แต่แทบจะไม่ไปสนามแม่เหล็ก, การแนะนำระบบจะไม่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์. อย่างไรก็ตาม, นี่คือการเก็งกำไร. นักวิจัยบางคนแสดงความกังวล, และจำเป็นต้องมีการทดลองเพิ่มเติมก่อนการใช้งานจริง. เป็นผลิตภัณฑ์ชาร์จอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องชาร์จเองปล่อยรังสี, แต่กำลังของเครื่องชาร์จไร้สายมีขนาดเล็ก, เวลาในการชาร์จนาน, และรังสีที่ผลิตน้อยที่สุด, ก่อให้เกิดอันตรายเล็กน้อยต่อผู้คน.
พอร์ตแบบครบวงจร
เพื่อหลีกเลี่ยงของเสียที่ไม่จำเป็นและสร้างของเสียทางอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น, จีนกำลังใช้มาตรฐานที่เป็นมาตรฐานของพอร์ตเครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายพร้อมที่จะเป็นที่นิยม, ใช้งานได้ไม่เพียง แต่สำหรับโทรศัพท์มือถือ แต่ยังสำหรับกล้องดิจิตอล, iPhone, ไอแพด, และสมุดบันทึก. ฟูจิตสึของญี่ปุ่นมีเป้าหมายที่จะขยายความสำเร็จนี้จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาไปจนถึงการชาร์จยานพาหนะไฟฟ้า. Their ultimate goal is to set up public “charging points” on streets, ให้บริการชาร์จทุกสภาพอากาศตลอด 24 ชั่วโมงสำหรับอุปกรณ์ดิจิตอลแบบพกพาและผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า. เครื่องชาร์จไร้สายนั้นฉลาดกว่าและประหยัดพลังงาน. แม้ว่าประสิทธิภาพของพวกเขาจะเกี่ยวกับ 70%, เท่ากับอุปกรณ์ชาร์จแบบมีสาย, พวกเขามีฟังก์ชั่นการปิดระบบอัตโนมัติเมื่อชาร์จเต็ม, หลีกเลี่ยงการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็น. อัตราการยอมรับประสิทธิภาพมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง.
โทรศัพท์มือถือตัวรับสัญญาณในตัวและมาตรฐานการชาร์จแบบไร้สายแบบครบวงจร
โดยการรวมตัวรับสัญญาณชาร์จเข้ากับโทรศัพท์มือถือและสร้างมาตรฐานการชาร์จแบบไร้สายแบบครบวงจร, การยอมรับและความสะดวกสบายของการชาร์จแบบไร้สายสามารถเพิ่มขึ้นได้อีก.
ภาพรวมของเทคโนโลยีการชาร์จไร้สาย
เพื่อตระหนักถึงการชาร์จแบบไร้สายของโทรศัพท์มือถือและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ, จะต้องมีสองส่วน: เครื่องส่งสัญญาณ, ซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟและรับผิดชอบในการส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังพื้นที่กว้าง, และผู้รับ, ซึ่งติดตั้งโดยทั่วไปในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และใช้เพื่อรับพลังงานไฟฟ้า. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายได้เริ่มใช้ในผลิตภัณฑ์โทรศัพท์มือถือ. ยกตัวอย่าง iPhone, wireless charging manufacturers have refitted it and installed a kind of “clothes” similar to “apple peel”. ในฐานะผู้รับการชาร์จแบบไร้สาย, ปรากฏในรูปแบบของการเพิ่มเคสชาร์จโทรศัพท์มือถือ, แต่ผลิตภัณฑ์ดัดแปลงที่เกี่ยวข้องสามารถเปิดตัวได้ในประเทศจีน. Dubbed the “Qi Door,” the case supports both iPhones and BlackBerrys, ให้ผู้ใช้เข้าถึงคุณสมบัติได้เร็วโดยไม่ต้องเปลี่ยนโทรศัพท์. ในช่วงต้น 2013, the wireless charging receiver will be fully “slimmed down” and become a wireless charging receiving chip built into mobile phones, ใหญ่เท่ากับเล็บ. นอก, ฟิลิปส์, LG, ซัมซุง, Sony Ericsson, iPhone, HTC, Google, zte, คม, ขอบ, และผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือที่มีชื่อเสียงระดับสากลอื่น ๆ อีกมากมายสนับสนุนเทคโนโลยีนี้, และเครื่องชาร์จไร้สายอาจรวมกับโทรศัพท์มือถือเพื่อขาย.
ความเข้ากันได้และมาตรฐาน QI
ความสำคัญของความเข้ากันได้
กุญแจสำคัญในการชาร์จแบบไร้สายของโทรศัพท์มือถือคือความเข้ากันได้, และมาตรฐาน QI สามารถมั่นใจได้ว่าเข้ากันได้ของแบรนด์. เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กไฟฟ้า. เครื่องส่งสัญญาณจะแปลงกระแสเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า, และโทรศัพท์มือถือใช้เครื่องรับชิปในตัวเพื่อแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปัจจุบันเพื่อชาร์จโทรศัพท์มือถือ. กุญแจสำคัญในการส่งเสริมเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายคือเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องชาร์จไร้สายของผู้ผลิตหลายรายนั้นเข้ากันได้.
มาตรฐาน QI
การกำหนดมาตรฐาน QI ช่วยให้การชาร์จแบบไร้สายมีข้อกำหนดทางเทคนิคแบบครบวงจรและทำให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ของเครื่องชาร์จเดียวกันกับหลายยี่ห้อและผลิตภัณฑ์. Menno Treffers, ประธานพันธมิตรการเรียกเก็บเงินไร้สาย, กล่าวว่ามาตรฐานการชาร์จแบบไร้สาย Qi ใช้เทคโนโลยีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า, ซึ่งมีประสิทธิภาพและปลอดภัยกว่าเทคโนโลยีอื่น ๆ. มาตรฐานการชาร์จแบบไร้สาย Qi ประกอบด้วยสามด้าน: ส่วนต่อประสาน, ผลงาน, และกฎระเบียบ. นี่เป็นความท้าทายอย่างมากต่อการสร้างความนิยมของเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย. ดังนั้น, โทรศัพท์มือถือที่ผ่านมาตรฐาน Qi สามารถใช้พลังงานได้โดยสถานีฐานชาร์จที่ได้รับการรับรองจาก QI, ฐาน, หรืออุปกรณ์ชาร์จอื่น ๆ. การตอบสนองล่วงหน้าก่อนสำหรับอุปกรณ์ของ Qi นั้นไม่สูงกว่า 5 วัตต์, ซึ่งอาจเป็นข้อ จำกัด ที่ยิ่งใหญ่สำหรับผู้ผลิตบางรายที่ต้องการให้แล็ปท็อปใช้เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สาย.
ความพร้อมใช้งานของตลาดของผลิตภัณฑ์มาตรฐาน QI
ผู้ผลิตได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ชาร์จแบบไร้สายมาตรฐาน QI, และตลาดก็กว้างขวาง. แบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในโลกและผู้ผลิตอุปกรณ์ส่องสว่างแบบพกพา Energizer (ผู้ใช้พลังงาน) กล่าวว่าในไม่ช้าจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์เครื่องชาร์จไร้สายที่รองรับมาตรฐาน QI, และจะนำประสบการณ์การชาร์จแบบไร้สายใหม่มาสู่ Apple iPhone3Gs และ BlackBerry BlackBerry Curve8900 ผู้ใช้. ในเวลาเดียวกัน, จากข้อมูลที่จัดทำโดย บริษัท วิจัยตลาด ISUPPLI, ตลาดอุปกรณ์ชาร์จไร้สายมาถึงระดับ 14 พันล้านดอลลาร์สหรัฐใน 2013. ฟิลิปส์ได้เริ่มสร้างโทรศัพท์ใหม่ที่มีการชาร์จแบบไร้สายแล้ว. โทรศัพท์มือถือของ Philips X723 ปรากฏขึ้นแล้ว, และมีหน้าจอ 240x400 ขนาด 3.2 นิ้วพร้อม GPS และกล้อง 3 ล้านพิกเซล. ข่าวดีก็คือว่าเครื่องมาพร้อมกับมาตรฐานด้วยเครื่องชาร์จไร้สาย XENIUMQ1 (Qi Wireless Charging Alliance Standard), แต่ยังไม่ได้เปิดเผยเวลาและราคาที่เฉพาะเจาะจง.
รับเสาอากาศ
แม้ว่าบทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่เครื่องชาร์จ, นอกจากนี้ยังมีภาพรวมของการรับเสาอากาศ. เพราะอุปกรณ์ชาร์จแบบไร้สายประเภทนี้เป็นหม้อแปลงหลัก, ติดตั้งหลักในเครื่องชาร์จ, และรองถูกติดตั้งในเทอร์มินัล.
การเลือกเสาอากาศชาร์จที่ดี
เนื่องจากเสาอากาศที่ได้รับซึ่งไม่ตรงกับเครื่องชาร์จจะทำให้เกิดความผันผวนในปัจจุบันในวงจรการชาร์จ, วิธีเลือกเสาอากาศที่ดี?
เสาอากาศเทอร์มินัลต้องการการป้องกันแม่เหล็ก
หากเสาอากาศชาร์จเป็นเพียงขดลวดกลวง, เมื่อวัตถุโลหะใกล้เคียงเข้าใกล้, มันจะทำให้ Eddy ปัจจุบัน, ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการชาร์จ, ป้องกันพลังงานของเครื่องชาร์จจากการแผ่ออกไป, เพิ่มกระแสไฟฟ้า, และทำให้เครื่องชาร์จร้อนขึ้น.
การเลือกสื่อแม่เหล็ก
สื่อแม่เหล็กที่เลือกโดยเครื่องชาร์จแบ่งออกเป็นสองประเภท: วัสดุแม่เหล็กอินทรีย์และวัสดุแม่เหล็กอนินทรีย์. วัสดุแม่เหล็กอินทรีย์สามารถทำให้บางและแปรปรวนได้มาก, ซึ่งเหมาะสำหรับการผูกฝาหลังของโทรศัพท์มือถือและใช้ในโทรศัพท์มือถือ; วัสดุแม่เหล็กอนินทรีย์ทำจากเฟอร์ไรต์ที่ถูกเผา, ซึ่งเปราะบางและเหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ขนาดใหญ่.