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在好萊塢眾多影視作品中，如《花木蘭》、《功夫熊貓》、漫威電影《尚氣》等，我們看到了西方對于中國傳統哲學“氣”這一概念的癡迷。在半導體和通信領域，這一點同樣得到了展現。

十二年前，無線充電聯盟（WPC）在北京舉行新聞發布會，宣布將無線充電國際標準Qi協議引入中國，來自工信部、科技部、國家知識產權局等政府單位領導，以及中國電子、飛利浦、諾基亞等高層也參加了發布會。

電影《花木蘭》截圖

這個Qi就來自漢語拼音“氣”，寓意以一種“氣”這樣一種無形、難以捕捉的能量流來主導電力的無線傳輸。Qi協議一開始就力圖要把自身打造成一個強大開放的、協作的平臺，可加速實現一個全新的、兼容的、全球化的生態系統。該協議的主旨是保證無線充電產品的兼容性，在開始階段逐漸得到了大部分科技公司的認可，2017年蘋果公司也加入到Qi協議體系中，無線充電的產業生態一度蔚為大觀。

曾幾何時，諾基亞在其旗艦機Lumia920等無線充電手機掀起過熱銷狂潮，狂潮還未退去之時，在“2012中國國際信息通信展”上， WPC更是一口氣展出了超過70款支持Qi標準的無線充電產品，無線手機快充之勢看起來一定會伴隨著智能手機屏幕、射頻前端、AP集成等一起飛速成長，甚至會發起對有線快充顛覆性技術革命。

無線充電技術，確實看上去很美。告別接觸式充電，既方便也提高了安全保障，不但可以解決USB接口的統一兼容問題，還可以減少耗材的使用，契合了社會節能環保和“雙碳”主題。十多年過去了，無線充電這場革命是否真的已經到來，或者即將到來？

Qi協議與無線充電類型

在有線快充領域，至今業內還面臨著協議的統一問題（如SCP/FCP快充協議，高通QC協議、PD協議等等），無線快充在進入電子消費和車載領域之后，協議也同樣并非一家獨大，一開始除了Qi 協議以外，國際上主要還有 PMA（Power Matters Alliance）協議， A4WP（Alliance for Wireless Power）協議。PMA 與Qi 協議的無線充電類型基本相同，即均基于傳統的電磁感應原理，但前者更依賴于使用外設搭配，而不是通過重新設計手機本身來實現，且多用于非通信類微型電子設備，而Qi多用于手機，且側重于直接改進手機本身的充電設計。

上述無線充電領域的一系列的標準，背后所支撐的是三種無線電能傳輸的實現方式，電磁感應耦合式，磁共振式（磁耦合諧振式），和電波式無線傳輸（電磁輻射式）。

Qi協議即基于電磁感應耦合式，是目前三種無線傳輸類型中技術發展最成熟的類型。

電磁感應充電的基本原理是通過兩個靠近的線圈來實現能量的傳遞。發射機中的初級線圈通通過交變的電流，即DC-AC 高頻逆變電路可以將適配器提供的直流電轉換為高頻的交流電產生交變的磁場；接收機中的次級線圈過拾取交變磁場（為了使能量能夠無線或者說無接觸式的傳播，在接收端必須有一個次級電感來接受能量），從而在線圈中產生感應電流，實現了能量從發射機到接收機的傳遞過程，如下圖：

相比磁耦合諧振式和電磁輻射式，基于Qi協議的電磁感應式目前最為成熟（后來協議進一步整合為Qi標準和磁共振的AirFuel標準），生態也相對最為完善，是技術和市場雙重驅動的結果。

首先從無線充電原理上講，電磁感應式是目前幾乎唯一能相對保持較好傳輸功率和效率的方式，該技術本身所具有的開發和生產優勢，容易得到便攜式移動設備商的反復試錯實驗，從而在市場上得以推廣，并建立起上下游客戶，其背后方案的成熟度、研發風險和成本也是重要因素。雖然磁共振和無線電波理論上可以達到更為遠距離的傳輸，但兩權相害取其輕，傳輸效率可以被看作是無線充電技術市場化的第一要素。

（以上制圖：成都電子科技大學電磁場與微波技術專業）

與手機有線快充相比，無線快充優勢目前并不明顯

但傳輸效率恰恰是Qi進一步發展的“阿基里斯之踵”。電磁感應式的無線電能傳輸系統采用的是松耦合的結構，但是松耦合的狀態會讓整個系統的漏感較大，這樣使得傳輸效率較低。為了改善結構和提高效率，可以采取一定的手段，比如提高原邊線圈（初級線圈）上的電流變化率，可以增強電磁感應強度，提高功率傳輸密度，以此來降低損耗提高效率，或者通過添加功率補償的電容，對系統的漏感進行功率補償。

但Qi的充電效率雖然在十多年前就已經做到與有線充電效率相近的70%以上，充電器待機功耗降到微瓦水平，但各國在電磁兼容管理和頻率管理方面卻進步緩慢，在保證80%的傳輸效率前提下，傳輸距離過去八年差不多只進步了2.5厘米左右（從2.5厘米到5厘米）。

從市場上看，2015年，尚未被恩智浦收購的飛思卡爾半導體推出15w Qi兼容的無線充電解決方案，能夠為配有大容量電池的大型設備提供快速充電，同時還能夠利用更高的功率提高小型設備如4000mAh電池的平板電腦充電；2016年德州儀器（TI）推出業內首款符合無線充電聯盟(WPC) v1.2標準，并通過Qi認證的15W無線電源發射器bq501210。該發射器可實現84%的系統效率，相較于傳統無線電源設備，其熱耗散顯著降低，并采用9mm乘以9mm的VQFN封裝。TI當年的公告顯示，該新型15w發射器加入了TI成熟的可擴展無線電源解決方案產品組合，該組合中還包括2.5W、 5W和10W的產品。

但在三年后，iPhone 11的無線充電最高支持功率依然為7.5W。iPhone 11通過自帶的Lightning充電線是可以實現12W快充，如果使用PD轉接線的話可以達到18W快充的充電功率。很顯然，無線充電傳輸功率至少落后了有線傳輸四年，而其潛在的便利性不但被抹平，且無法形成最基本的用戶痛點邊際效應。

傳輸連續性（斷電問題）

由于Qi無線充電的通訊原理是一種“單工通訊”，只支持信號在一個方向上傳輸，任何時候不能改變信號的傳輸方向，即一直由接收端發給發射端。正常充電后，發射的數據包括“調整供電大小”和“接收功率”，接收端的調制信號是調制在電力載波上面，通過電容將信號耦合到線圈兩端，接收端輸出的電壓是通過線圈上面的交流電壓整流成直流電壓。如接收端的輸出電壓連接負載手機端，通過充電管理芯片連接到手機電池，由于電池充電過程不同的充電階段有著不同的充電電流，特別在各階段相互切換時，電流的波動造成電壓的波動，從而體現在線圈兩端電壓的波動，造成無線充電過程由于電流波動造成的無線充電充斷問題。這個問題可以歸結于“涓流效應危害”，相對來說，有線傳輸的穩定性和抗壓性可以得到絕對保障。

成本與市場

全球知名半導體分析機構某資深分析師在談到基于Qi的無線充電技術時，告訴：“2015 年，Qi 標準得到了擴展，將諧振充電和感應技術結合在一起。這意味著使用 Qi 標準的產品可以更靈活地放置，并將充電范圍從毫米增加到厘米，從而更容易在家具內部或下方安裝充電點。然而，無線聯盟報告說，很少有制造商（端點或充電基礎設施）對如此小的范圍增加感興趣，因為它增加的實用程序與其帶來的額外復雜性和成本不相稱。”

摩托車手機無線充支架套件，對手機充電的位置有一定要求

該分析師還提到，遠程充電是一個具有巨大潛力的領域，但仍然存在巨大的市場采用障礙。許多公司都在研究用于智能手機充電的射頻能量傳輸。但這依賴更小的電池并徹底改變智能手機的設計，其前提是需要大功率傳輸（為電池快速充電）到可能快速移動且擺脫一定的手機放置姿勢。

結語作為第二增長曲線的無線快充

大約在2012年左右，業界出現過較為強有力的“Qi無線充電將在未來三到五年內形成顛覆性革命”的判斷，但智能手機發展路線圖的電池、射頻前端以及功耗設計方面并未契合無線快充的實現邏輯，反而促進了有線快充技術的迅猛發展。在越來越碎片化的充電場景中，無線充電本身的發送和接收裝置的配備抵消了“無線”本身的理想設定模型，再加上傳輸距離和傳輸功率和效率的原地逡巡，未能真正迎合市場發展節奏。在大功率無線快充方面，磁耦合諧振式和電磁輻射式也未能形成對Qi電磁感應式的鯰魚效應，至少從目前全球市場的情況來看，Qi協議仍僅限于高級酒店、機場等有限的場所應用空間。

不少國內的券商和調研機構數據顯示我國大陸無線充電規模可達80億人民幣之上，且今年3月份工信部現已發布了《無線充電（電力傳輸）設備無線電管理暫行規定》的征求意見稿，規定了無線充電設備的額定傳輸功率不超過50W。市場拓展輔以頂層設計，大陸很多PMIC龍頭企業如南芯半導體已經推出了高效率/高集成度的無線充電RTX芯片，除了作為 50W 無線充電接收芯片之外，還可以通過在其輸出端加上電源，從而作為一個無線充電發射端來使用。國產手機快充芯片廠商很多都把無線快充當做商機的滿滿第二增長曲線，在這一點上，電磁感應技術路線的升級、Qi協議的二度優化和自身內功的修煉，三個要素缺一不可。（Aaron）

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