深圳数码文摘 科学与技术 无线充在手机上应用与发展

无线充在手机上应用与发展

记得在2008年笔者还是打工人时就开始研究无线传输及无线充电技术,当时我的想法是用在玩具上,实现在一定区域运动玩具无需电源就可以运行,用无线电力传输技术用在圣诞灯串上实现灯珠随意摆放的目的,当时无线充的概念还不被大多数人认识,今天成为人人都知道的产品,未来无线充的发展值得期待,毕竟懒惰成为科技发展的原动力 ;)

一年一度的苹果秋季发布会如约在线上举行,切合媒体此前预测:果粉们终究没有等来iPhone 12,此举也打破了苹果过去七年秋季发布会必发新款iPhone的传统。

但从发布会上,我们也发现一个有意思的点:Apple Watch取消了USB电源适配器(即苹果充电头),官方解释为环保考量,机构预测为降低成本或培养用户使用无线充电的习惯。

不排除几方面的考量都有,但可以确定的是,从苹果系产品支持无线充功能、取消赠送电源适配器、宣布三年去年“流产”的AirPower或复出、传iPhone 12加磅磁吸无线充功能等消息来看,苹果对无线充的执念似乎从未消失

目前无线充产品在市场上表现是“冰火两重天”的态势,一方面是各大手机厂商对无线充充满热情,纷纷推出支持无线充、反向充功能的手机,另一方面是消费者对手机无线充“鸡肋”、充电效率低、散热难的无尽吐槽。回归无线充技术本身,无论苹果是否会推出无线充功能的革新产品,无线充技术都充满期待。

无线充电“爆火”起源
从一颗STM8S003说起

时间回到2017年11月底,STM8S003单片机的需求在华强北圈子里满天飞,原本1.2元左右的单品机硬是涨到2.7、2.8元,那阵仗可以理解为今年上半年疯狂的口罩、额温枪之类。

而导致STM8S003缺货的触发因素正是苹果无线充电手机的发布。

2017年9月,苹果发布有3款无线充电手机,iPhone 8、iPhone 8 Plus、iPhone X,首次为iPhone带来无线充电功能,搭配指定无线充电器,可实现7.5W无线快充。而STM8S003正是用在无线充模块上的。STM8S003单片机是一款广泛使用的8位低功耗单片机,具备系统成本低、功能强大等特点,在一些家电产品、马达控制、计量仪表、安全消费电子等领域都诸多应用。了解这颗单片机更多信息,可以查看文末推荐阅读。

事实上,无线充并不是一项新技术,苹果也不是第一家推出无线充电功能手机的厂家。早在2009年第一款真正意义实现“无线充电”的产品palm pre(奔迈)已经问世,其后三星、夏普、诺基亚也在手机中增加了无线充电功能,但都没有火起来。

当年的palm pre如果要体验无线充电功能,还需要更换加了线圈的特制后壳。作为无线充电手机的开山鼻祖,它功率达到了5W,充满当时所搭载的1150mAh的电池,需要将近100分钟。

导致无线充喷发的另一大原因在于它的发布者是苹果。作为手机行业技术风向标,苹果在技术的屏下指纹、取消耳机接口,甚至是当年iphone4的腾空出世,都曾引领过一个时代的变化,让无线充原本微弱的小火苗一下子喷发。

STM8S003的热火也随着Airpower未能如期发售以及无线充的市场反馈应声回落。接近2018年年中的时候,STM8S003的售价已经回落至涨前水平,部分群里开始抛售,1.5元每颗左右。

 2018年8月的一张截图

据一位长期做无线充方案的工程师回忆:“2017年,因为苹果发布会的出现,确实是发生了一些井喷的现象。很多的方案上,动不动每个月就出个500-600K。我实际了解了一下,确实是有那么大的用量。但是这些产品据我的了解,很大一部分其实变成了库存,并没有到消费者手上”。

“为什么我没有使用无线充?”

据充电头网不完全统计,目前苹果、华为、三星、惠普、小米,魅族、荣耀等30余个品牌在手机功能中增加无线充电功能,同时也有部分手机厂商发布了品牌无线充。

但从无线充电器的市场普及度来看似乎并不高,在无线充电器问世的早期,它的主要槽点在于功率低,当有线快充可以达到40W的时候,无线充电器还在7.5W晃悠。即使是当下小米10至尊版已经达到50W无线秒充、OPPO Reno4 系列上搭载了65W 超级闪充技术,但是在大多数人的认知里无线充还是个“鸡肋”、“伪需求”。

一款产品被认为是伪需求,不外乎有两点原因:一是客户真的不需要,二是产品没有满足用户需求。


从客户需求来看,有线充和充电宝需求够用,但无线充并不多余。随着5G的普及,面对更快的传输速度、带宽和更快的手机处理速度,未来对手机的用电需求只会有增无减。

无线充电产品没有满足用户需求是主因,结合目前全网关于无线充产品的反馈,主要存在以下槽点:

1. 无线充电速度比较慢,主要由于无线充的能量损耗以及5W的无线充起点的刻板印象。

2. 散热慢,这是市面上无线充电器广受诟病的普遍槽点,这一原因主要和无线充电的原理有关。

无线充电技术基于我们高中课本上学过的电磁感应原理:主要需要两个线圈,一个放在无线充电器里面,一个放在待充电设备里面,电流通过无线充电器的线圈时,产生磁场,手机里的线圈感受到磁场变化,产生感应电流,然后使用一个整流器,交流电就转变成充电使用的直流电。

目前市面上的无线充电器主要以单线圈和双线圈为主,反应不灵敏、充电效率低是市面上无线充电器遇到的普遍问题,苹果前员工、著名爆料者 Sonny Dickson 透露,AirPower 内部的线圈数量在 21 到 24 之间。

参考图,来源:网络

多倍的功率也意味着也带了多倍的热量,线圈越多,产生的电流越多,功率越大,产生的热量越多,散热问题也成为了AirPower未能成功的主要原因。

3. 充电不方便,充电的时候需要输入端和输出端的线圈对准,否则很容易出现没充进去电的现象;除此之外,一边无线充电一边玩的场景设定并不利于用户体验。

4. 兼容性不强,WPC是首个无线电源的行业标准组织,为“Qi”规范的制定者,全球会员超过500家,包括三星、谷歌、华为、小米等。Qi标准是目前市场上主流的无线充电标准,目的是在各种充电板与便携式设备之间实现互操作性。

但目前来看,品牌充电器之间虽然遵从Qi标准,但是不同品牌的私有无线充电协议无法兼容,只能实现充电功能,并不能实现快充。例如小米10至尊版,只有使用小米专用55W无线充才能达到50W秒充效果。

5. 并不是真正的无线,充电底座依然要接有线供电,无线充电板接通电源才能给手机无线充电。

理想中的无线充电应该是这样的:来源:抖音@科技公园

NIC Charger 是一款2018年在 kickstarter 上进行众筹的远程无线充电器,号称世界上首款远距离充电器,只要将超薄专用垫置于手机壳内,即可在距离充电器5米范围内的任一地方进行远程无线充电,非常方便。这也是大众普遍理想的无线充,但由于各种原因,这款产品并没有问世。

为什么说不要放弃对无线充的想象?

首先看各类研报趋势,增长速度说明了市场的普遍看好。

Yole Development预计到2024年,支持无线充电的智能手机每年出货量将超过12亿台;IHS认为全球无线充电市场规模将从2015年的17亿美元增长至2024年的150亿美元,年复合增长率达到27%;市场调研机构Market Watch则指出,未来5年无线充电IC市场收入年均复合增长率将达到19.1%,预计2019年全球市场规模为21亿美元,到2024年将达到52亿美元。

其次,我们应该清晰规划出一个概念:无线充是一项技术,无线充电器只是无线充技术应用的一个产品,关于产品的槽点目前看来这两个问题似乎也并不是没有解决思路:

在充电便携性方面,如果iPhone 12搭载磁吸式无线充传闻成真,磁吸式无线充或许可以解决充电的精度问题,预计会迎来其他厂商的效仿,推出有磁吸功能的充电器或者手机壳;

在充电效率上,小米已经有小米立式风冷无线充55W,OPPO 65W无线闪充也已经面世,抛除兼容性问题,55W的充电效率已经可以秒杀市面上大部分的有线充电器;

在散热问题上,无线充电器厂商们主要通过三种方式配合解决:墨烯(或者其他导热性强的材料)外壳+风扇主动散热+PCBA与线圈分离式的设计;

在兼容性问题上,目前几乎全球主要的手机厂商都已经纳入了无线充电技术的标准化组织无线充电联盟WPC推出的Qi 标准,包括三星、苹果、华为、OPPO、小米、vivo等,这意味着未来这些厂商之间无线充电器可以实现兼容。

再者在实际需求上,无论是有线充还是无线充,主要目的还是充电。目前来看,随着5G的到来,面对更快的传输速度、带宽和更快的手机处理速度,未来对手机的用电需求只会有增无减。

除此之外,无线充和有线充并不是非A即B的选择,区分应用场景A和B相互补充,保持手机电量满满,不也挺好?

最后,如果真的实现远距离传输问题,达到NIC Charger无线充效果,产品虽然没有问世,但至少表明技术上有实现的可能。

结合我们前面提到的无线充电原理,终端要想实现无线充电,内置必定要有一个接收的线圈,一个无线充模块。所以无线充电技术永远有戏!未来它可能不是拘泥地存在某一个无线充电产品上,或许作为一个功能模块存在我们使用的每一个支持无线充电的电子产品中。

 无线充的一些应用

开源:东莞证券研究所综合市面上目前的无线充电产品来看:无线充厂商多为手机品牌厂商,市场还处于用户习惯培养期,被市场广受认同的爆款产品还未出现,功能还处于非紧急补给阶段。
技术的发展需要试错、迭代,以手机触摸屏为例:
苹果iPhone诞生时,被诺基亚嘲笑没键盘,有不少诺基亚高层甚至公开嘲笑苹果iPhone,一款没有键盘的手机能掀起多少波动?后来的结果大家都懂。况且对于无线充来说,已经走过了“无线充可以为手机充电”的科普阶段,有了几年的迭代经验。

附表:2020年无线充电快充手机汇总

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作者: admin

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