无线充电基本原理是什么?无线充电还有这些事要解决

随着物联网、可穿戴和便携式设备的发展,人们对于智能电子产品的依赖性越来越高。然而杂乱的充电线时常会让消费者感到头疼，频繁插拔线材对充电接口也会造成一定损伤，于是人们开始寻求新的充电方式来改变这一状况。当下，越来越多的电子设备开始采用无线充电技术。

日前，小米十周年发布会上发布了小米10“超大杯”系列，将无线充电的功率提升至50W，理论上通过无线充电花40分钟即可将手机电量充满。同时，小米还推出了两款无线充电配件产品，以配合手机的使用需求。利用无线充电技术强势吸引眼球的并非小米一家，在今年华为、三星等发布的新品中，也能不断看到无线充电技术的身影。

那么，无线充电的基本原理是什么?有线充电与无线充电对硬件的性能有什么不同的要求?随着无线充电技术的发展，未来有线充电会被完全取代吗?就此，科技日报记者采访了国内有关专家。

通过电磁感应给手机无线充电

简单来看，无线充电技术是一种非物理接触的电能传输方式，对于充电器的位置没有限制，使用时只需将移动设备放置在充电板上即可完成充电。

当前，无线充电作为一种便携式的充电方式，已被应用到了生活中的诸多领域，适用范围主要包括各种小功率电子设备，例如手机、平板电脑、电动牙刷、手环、电子手表、电子眼镜等。

在公共区域，无线充电技术还常被用来提供公益性或租赁式充电服务，并将成为未来生活中重要的应用场景，例如让电动汽车摆脱粗重的充电线缆，实现随时随地充电。

那么，该技术究竟是如何完成充电的?“无线充电技术最早起源于1890年尼古拉·特斯拉的无线电力输送设想，主要理论基础是电磁感应，简单可以理解为‘电生磁、磁生电’原理。”厦门大学信息学院副院长洪学敏教授说。

洪学敏以手机无线充电器为例解释说，无线充电器中有一个磁芯，外面绕有线圈，充电器内部的电流通过线圈时会产生感应磁场，而电磁场能够进行空间传播。同时，手机中也有一个相应的接收线圈，在一定空间范围内，能够接收到充电器发出的电磁场，再经过一定的电路处理，就可以给手机充电了。

随着充电技术的不断发展，现在通过磁共振、电场耦合、无线电波传输等方式也可以实现无线充电，不过专家认为，当前主要的几种无线充电方式各有利弊，近乎完美的无线充电方式还没出现。

“电磁感应式是目前发展最为成熟、可以大规模普及的一种方式，它对于环境的适应能力比较强，而且已经实现了商业化和产业化。”华东师范大学通信与电子工程学院、上海市多维度信息处理重点实验室李庆利教授介绍说，这种方式采用的电磁波频率较低，远场区域仅存在少量电磁波，因而对其他设备不会造成太大的电磁干扰。但是，这种方式的充电效率较低，较难满足大功率电器的充电需求。

此外，磁共振无线充电方式具备传输距离远、可以一对多无线充电等优点，适合未来在新能源汽车无线充电、公共场所无线充电热点布置等应用场景中推广使用，但是技术发展还不够成熟。同时，无线电波式、电场耦合式的无线充电技术在未来的产业化应用场景，也需要进一步探索。

用电更安全、防水防潮性更好

据专家介绍，有线充电和无线充电的区别不仅仅在于充电方式的差异，二者对电子设备的硬件性能也有着不同的要求。

科技日报记者了解到，有线充电目前十分成熟，硬件上只需要相应的接口和电源管理接口电路。而无线充电相比有线充电对设备硬件性能要求更高，由于充电方式不同，其充电器和接收器都需要重新设计。

“比如手机、智能穿戴等电子设备一般包含中央处理器(CPU)、数字信号处理(DSP)等运

算处理芯片，无线充电的高频交变电场可能会对这些芯片产生一定程度的干扰，在设计上需要加强对交变电场的屏蔽措施，或采用具有更高抗干扰能力的芯片。”李庆利说。

洪学敏也指出，无线充电目前还存在功率损耗方面的问题，充电时容易产生不必要的热能，使得充电过程中电子设备的温度明显上升，因此设计无线充电类型的产品，需要选取耐热性能比较好的电池。

无线充电技术逐步走向成熟，也给电子产品带来了新的变化，使得新型电子产品具备了更多的新优势：首先，无线充电技术解决了当电子设备过多时，消费者手中线缆过多的问题;另外，免插拔设计的电子产品具有较高的用电安全性，可避免电源线腐蚀老化带来的漏电风险;设备密封性好，具有较好的防水防潮能力，在潮湿或易积水场合也能安全使用。

“无线充电技术极大地满足了人们对电子设备便携性、高效率等品质的追求，可以说无线充电技术是未来的主要趋势。”李庆利说。

完善用户体验是全面普及的关键

虽然与传统的有线充电方式相比，无线充电技术具有诸多优势，但是该技术诞生至今并没有全面普及，个中原因既包括当前技术上的限制，也不乏人们对无线充电技术存在认识误区。

“无线充电设备需要内置充电线圈，这造成便携式设备体积相对有线充电方式的要大，同时增加了产品的成本，用户接受度差。此外，实际使用过程中，无线充电的功率仍然较低，也使得用户体验较差。”洪学敏说。

同时，记者还了解到，人们对于无线充电依旧存在一些顾虑，例如电磁辐射等。对此，北京工业大学应用数理学院周洪直副教授曾在一次采访中指出，给手机无线充电会产生一定的辐射，但在产品有质量保证和正确使用的前提下，这种辐射对人体几乎没有危害。

“未来，要实现无线技术的完全普及，还需要学术界和工业界一起携手进行技术上的突破。”李庆利建议，从技术角度看，可以研究减小接收端线圈体积的方法，尝试设计新材料线圈;研究提高充电效率的方法，缩短充电时间，比如从充电波形、电路设计、线圈新材料选择、提高电池充电电流等方面考虑;鼓励厂商形成相关产业联盟，并严格按照国家标准进行设计和生产，严格控制产品质量，防止出现充电安全事故给用户造成损害。

洪学敏则认为应当进一步完善相应无线充电国家标准，建议国家给予更多政策支持，推动产学研相结合。同时，应大力宣传无线充电的安全性及优点，使用户逐渐消除对无线充电的误解。(记者谢开飞通讯员欧阳桂莲)

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