自從100年前物理學(xué)家尼古拉·特斯拉提出無線電力傳輸?shù)臉?gòu)想，“無線充電”技術(shù)已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步，但在商業(yè)化應(yīng)用方面一直進(jìn)展緩慢。直到最近幾年手機(jī)無線充電流行起來，“無線充電”這一技術(shù)才為大眾所熟知，在幫助手機(jī)用戶擺脫線纜糾纏的同時(shí)，開始滲透到更多應(yīng)用領(lǐng)域，小至TWS耳機(jī)和微型IoT傳感器，大至廚房電器和電動汽車。

無線充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

目前，實(shí)現(xiàn)無線電力傳輸主要有以下幾種方式：電磁感應(yīng)（Inductive）、磁場共振（Resonant）、射頻微波（RF）。其中，采用電磁感應(yīng)和共振技術(shù)的無線充電標(biāo)準(zhǔn)是無線充電聯(lián)盟(WPC)的Qi規(guī)范；而AirFuel聯(lián)盟則主推共振和RF技術(shù)。

電磁感應(yīng)技術(shù)是目前市場上最為成熟的技術(shù)，其基本原理是電流通過發(fā)送端線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，對附近的接收端線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢進(jìn)而產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)電能從傳輸端向接收端的轉(zhuǎn)移。WPC聯(lián)盟的Qi標(biāo)準(zhǔn)就是采用電磁感應(yīng)式的技術(shù)方案，這種方式轉(zhuǎn)化效率比較高，但是傳輸距離較短，僅為10mm 左右。此外，這種方式對設(shè)備的放置位置有一定要求，充電時(shí)需要對準(zhǔn)線圈一對一進(jìn)行，對用戶來說有點(diǎn)不太靈活方便。

在所有的無線充電產(chǎn)品中，基于電磁感應(yīng)方式的最多，既有日用小家電比如電動牙刷、電動剃須刀、無繩電話，也包括智能終端如手機(jī)，平板電腦等。目前，基于電磁感應(yīng)方式的無線充電技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)在于充電設(shè)備擺放位置的苛刻要求、充電距離的局限性，以及線圈感應(yīng)發(fā)熱等。

三星和安卓陣營的手機(jī)廠商早就在其旗艦手機(jī)型號中增加無線充電功能，而蘋果也于2017年發(fā)布iPhone 8時(shí)開始支持無線充電功能，它們都支持Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)，為用戶帶來了很大便利。現(xiàn)已為普通消費(fèi)者所熟悉的無線充電板就是一個無線充電發(fā)射器，只要符合Qi規(guī)范，都可以進(jìn)行無線充電。在電磁感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用方面，國內(nèi)公司（包括芯片供應(yīng)商、無線充電器廠商，以及手機(jī)和終端廠商）已經(jīng)走在了無線充電行業(yè)的前沿。Qi在中國的應(yīng)用產(chǎn)品主要是手機(jī)，這是第一個階段，以后會擴(kuò)展到不同類別或更高功率的數(shù)碼產(chǎn)品中。

成立于2008年的無線充電聯(lián)盟（WPC）現(xiàn)有聯(lián)盟會員650多家，其Qi無線充電標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到3000多個產(chǎn)品的支持，其中包括2600多個發(fā)射器和充電產(chǎn)品。除了手機(jī)外，目前已經(jīng)有超過120款汽車型號支持Qi無線充電。

跟電磁感應(yīng)技術(shù)一樣，磁場共振技術(shù)也采用線圈，但是通過諧振的方式傳輸電能。以被蘋果收購的PowerbyProxi為例，其無線充電技術(shù)原理大致如下：

1、主電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電（AC）；

2、電流通過發(fā)射電路傳輸?shù)桨l(fā)射線圈；

3、流經(jīng)發(fā)射線圈的電流產(chǎn)生磁場，引起一定距離內(nèi)接收設(shè)備中接收線圈的諧振；

4、接收線圈產(chǎn)生電流；

5、電流被接收端電路轉(zhuǎn)換為直流（DC），然后給接收設(shè)備的電池充電。

共振技術(shù)相比感應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢在于，接收和發(fā)射設(shè)備不需要嚴(yán)格耦合和對齊，只要松散耦合即可實(shí)現(xiàn)無線充電，而且傳輸距離也較遠(yuǎn)，可以達(dá)到50mm。

由A4WP和PMA合并而成的AirFuel聯(lián)盟成立于2015年，現(xiàn)正積極推廣共振技術(shù)和RF技術(shù)到手機(jī)之外的其它應(yīng)用市場，包括物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療設(shè)備和電動汽車等。

就目前無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)盟來看，Qi聯(lián)盟成員數(shù)量最多，包括TI、飛利浦、HTC、諾基亞、三星、索尼愛立信、百思買等知名企業(yè)都是該聯(lián)盟的成員。不同品牌的產(chǎn)品，只要有Qi標(biāo)識，都可以用Qi無線充電器充電 —— 克服了無線充電“通用性”的技術(shù)瓶頸。在不久的將來，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供了可能。

由于 Qi 聯(lián)盟成立早、會員多、市場認(rèn)可、兼容性強(qiáng)，所以Qi 協(xié)議在小功率無線充電市場上，尤其是手機(jī)無線充電市場上具有絕對領(lǐng)導(dǎo)地位。

無線充電市場規(guī)模和增長趨勢

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年帶無線充電功能的手機(jī)占出貨量的比例約為20%，到2022年這一滲透率有望提高至35%。目前蘋果的iPhone、AirPods和AppleWatch均已標(biāo)配無線充電，而安卓手機(jī)的無線充電則正在從旗艦機(jī)向中低端機(jī)型滲透。據(jù)Strategy Analytics統(tǒng)計(jì)，2021年全球有超過10億部手機(jī)帶有無線充電功能，TWS無線充電倉市場也有強(qiáng)勁增長。帶有Qi認(rèn)證標(biāo)識的無線充電接收設(shè)備（RX）約有5.15億個，而無線充電發(fā)射器（TX）約為1.97億個，這些設(shè)備包括手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備，以及汽車和公共場所的售后市場配件、嵌入式充電器等。

總的Qi認(rèn)證設(shè)備出貨量相比2020年增長30%，預(yù)計(jì)到2025年平均增長約為24%。從地域市場市場來看，亞太地區(qū)仍然是最大的無線充電市場，占比高達(dá)39%，其中中國市場是Qi無線充電普及的主要驅(qū)動力。

手機(jī)產(chǎn)品仍然是無線充電行業(yè)重要的細(xì)分領(lǐng)域，2021年手機(jī)領(lǐng)域用無線充電市場規(guī)模約為68.7億元，同比增長9.6%。隨著無線充電在手機(jī)上的應(yīng)用越來越普及，無線充電在其它各類終端應(yīng)用中也會逐漸興起。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) BCC Research 關(guān)于無線充電發(fā)射器的報(bào)告數(shù)據(jù)，2017年全球無線充電器市場規(guī)模為10.58 億美元，預(yù)計(jì)到2022年全球無線充電器市場規(guī)模將達(dá)到15.64億美元，年復(fù)合增長率約為 8.1%。另據(jù)一家國內(nèi)權(quán)威市調(diào)機(jī)構(gòu)預(yù)測，在2021-2027年間，全球無線充電器市場將以19.8% 的復(fù)合年增長率增長，其主要驅(qū)動因素包括國家雙碳政策支持、清潔能源普及、移動通信技術(shù)的發(fā)展等，這都將為無線充電的發(fā)展提供新的機(jī)遇。

經(jīng)過多年發(fā)展，無線充電行業(yè)已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括方案設(shè)計(jì)、芯片、線圈、磁性材料和模組制造等環(huán)節(jié)，其中方案設(shè)計(jì)占比30%；充電芯片占比28%；磁性材料21%；線圈14%；模組制造7%。在這些價(jià)值節(jié)點(diǎn)中，方案設(shè)計(jì)和芯片具備較高的技術(shù)壁壘，約占產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量60%，主要被意法半導(dǎo)體、瑞薩和博通等國際芯片巨頭所壟斷。國內(nèi)企業(yè)在無線充電關(guān)鍵零部件市場也開始逐漸變強(qiáng)，中興通訊、信維通信、美芯晟和英集芯等國產(chǎn)廠商在產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計(jì)方面都逐漸接近國際廠商。

無線充電應(yīng)用場景和案例

多年來，一直都有學(xué)術(shù)和科技企業(yè)界研究無線充電的技術(shù)和應(yīng)用，但因?yàn)闆]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用僅限于特定領(lǐng)域，一直沒有進(jìn)入主流商業(yè)市場?，F(xiàn)在，技術(shù)相對成熟了，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也比較完善了，無線充電進(jìn)入消費(fèi)者日常生活和商業(yè)應(yīng)用場景中應(yīng)該是水到渠成的事了。智能手機(jī)的無線充電只是一個爆發(fā)點(diǎn)，接下來物聯(lián)網(wǎng)和新能源汽車將會帶動無線充電更大的增長。

按照充電功率的大小，無線充電的應(yīng)用大致可以分為如下類別：

a) 微功率設(shè)備（<5W）：包括智能手表、TWS耳機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能傳感器、低功耗IoT設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等。AirFuel聯(lián)盟主推的RF技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將成為這一細(xì)分市場的主要推動力。

b) 小功率設(shè)備（5-15W）：智能手機(jī)是這一細(xì)分市場乃至整個無線充電市場的主導(dǎo)者，其它小功率電子產(chǎn)品還包括平板電腦、POS機(jī)、攝像頭和智能家居設(shè)備等。WPC Qi將繼續(xù)主導(dǎo)這一細(xì)分市場，但AirFuel RESONANT標(biāo)準(zhǔn)也將得到更多采用。

c) 中功率設(shè)備（30-65W，高至200W）：包括智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、機(jī)器人、無人機(jī)、掃地機(jī)、割草機(jī)、電動工具、小家電，以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。傳統(tǒng)需要插入電源線充電的設(shè)備都有可能被無線充電所替代，再配合智能控制或顯示功能，將讓這個細(xì)分市場的傳統(tǒng)設(shè)備煥發(fā)新的活力。這一市場也將成為WPC Qi和AirFuel RESONANT標(biāo)準(zhǔn)的競爭高地。

d) 大功率設(shè)備（200W-25KW）：包括廚電、電動自行車、AGV和電動汽車等大功率電子電氣設(shè)備。WPC在發(fā)展針對廚房家電、電動自行車和AGV等大功率設(shè)備的無線充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，AirFuel RESONANT標(biāo)準(zhǔn)在這一細(xì)分市場進(jìn)展更快，其中最有代表性的就是從MIT獨(dú)立出來的大功率無線充電技術(shù)公司W(wǎng)iTricity。

中大功率設(shè)備終端，尤其是手機(jī)端為代表的智能終端的充電功率迅速提升，從一開始的充電功率只有5W到現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)100W甚至更高的充電功率，并且部分型號手機(jī)還搭配的反向無線充電的技術(shù)，可以為智能手表、TWS耳機(jī)等設(shè)備充電。手機(jī)端無線充電應(yīng)用要克服機(jī)體輕薄、效率、發(fā)熱、對位、材料屬性、空間限制和置入成本等技術(shù)難點(diǎn)，故而手機(jī)內(nèi)部的接收端芯片設(shè)計(jì)技術(shù)更為復(fù)雜且技術(shù)壁壘較高。

下面以美芯晟充電功率100W同時(shí)具備18W反向充電的無線充電接收端芯片為例，來說明智能終端高功率應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。通過采用自創(chuàng)的高功率RX+2:1電荷泵雙芯片架構(gòu)，該接收端芯片MT5785集成了無線充電接收功能所需的一切，可提供高達(dá)100W的輸出功率，同時(shí)具備18W反向充電功能，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到98.5%，支持WPC最新的BPP與EPP認(rèn)證，同時(shí)支持主要手機(jī)廠商的專有無線快充協(xié)議，可廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦、電動工具等領(lǐng)域。據(jù)了解，美芯晟已經(jīng)成功研發(fā)并量產(chǎn)1W~100W無線充電接收端和發(fā)射端全系列芯片，部分關(guān)鍵性能指標(biāo)處于行業(yè)領(lǐng)先水平，終端產(chǎn)品覆蓋了小米、榮耀、傳音等知名品牌。

無線充電芯片廠商

擁有無線充電技術(shù)和芯片產(chǎn)品的國際廠商包括：瑞薩（收購IDT和Dialog）、ST、博通、NXP等一流芯片廠商。國產(chǎn)無線充電芯片廠商主要包括：美芯晟、伏達(dá)半導(dǎo)體、易沖無線、英集芯等為代表的芯片設(shè)計(jì)商。

無線充電在手機(jī)應(yīng)用上的成功將推動這一新興充電方式往可穿戴設(shè)備、家電、電動工具甚至汽車等更多應(yīng)用市場滲透，這為無線充電芯片開發(fā)商提供了更大的發(fā)展空間。以美心晟為代表的國產(chǎn)無線充電芯片廠商憑借在手機(jī)無線充電領(lǐng)域積累的技術(shù)和市場經(jīng)驗(yàn)，將在更廣闊的無線充電市場搶占更多市場份額，甚至成為全球無線充電市場的領(lǐng)導(dǎo)者。