無線充電市場規(guī)?？焖贁U張，無線充電IC向充電和轉換效率發(fā)力

電子發(fā)燒友網報道（文/李寧遠）無線充電技術，已經走向市場并應用一段時間了，尤其是移動設備廠商，在這一領域發(fā)展得十分迅速，不少廠商都推出了自己的無線充電方案，為人熟知的如蘋果的Magsafe、小米的小感量＋磁吸、OPPO的AirVOOC等等。

無線充電技術對比

這種非接觸式充電利用了近場感應，目前常見的無線充電技術主要有電磁感應式、電磁共振式、電場耦合式以及無線電波式。當前幾乎所有手機無線充電采用的都是電磁感應式技術，發(fā)射線圈安裝在充電座上，接收線圈安裝在手機背面，當手機靠近充電座的發(fā)射線圈磁場讓接收線圈產生感應電流。這一技術較為成熟，需要的空間不大，成本也不高，很適合小型移動設備的無線充電應用。不過基于該技術目前的局限也不少，電磁感應式技術的供電距離是這幾種技術中最近的，而且同時可充電設備數量較少，供電效率在幾W至幾十W。

磁共振式無線充電技術原理是當發(fā)送端遇到共振頻率相同的接收端后通過共振效應進行電能傳輸。同樣的共振頻率是實現該技術的必要條件，該技術是一種相對電磁感應式技術供電距離更遠、供電效率更高的一對多充電技術，供電距離理論上可覆蓋幾cm至幾m，供電效率理論上可以達到很高。實際的手機充電應用中，該技術的充電距離最遠大概在10cm，供電效率受損耗限制也只能稍稍高出電磁感應式一些。嚴格來說，雖然技術層面上共振式能提升的地方不少，但在實際應用中還沒有體現出“質”的提升。

電場耦合式技術通過在充電座和充電設備間形成高頻電場，利用耦合非對稱偶極子來傳輸電力。雖然這種技術成本低而且對設備對準要求也不嚴苛，但是很少看到基于該技術的無線充電方案。

還剩下無線電波式技術，這也是目前最具魅力的一種無線充電實現方案，該技術能真正實現遠距離充電（＞10m）。雖然目前該技術供電效率不高，但是充電距離遠帶來的靈活性可以窺見未來無線充電帶來的隔空取電的便捷。這一技術實現的方式有通過LDS技術在手機塑膠外殼上增加天線，或者采用FPC配置天線組件等等。很多此前做電磁感應、磁共振無線充電的廠商均開始布局無線電波技術。

上述的三個最常見的無線充電技術，對應了兩個無線充電標準，即WPC的Qi標準與AirFuel聯盟的AirFuel標準。電磁感應技術對應的是Qi標準，磁共振與無線電波對應AirFuel標準。從目前各個技術的表現來說，優(yōu)劣各異，都有不少問題需要隨著技術進一步發(fā)展去解決。

無線充電市場迅速發(fā)展

無線充電的靈活與便捷是毋庸置疑的，不論基于何種技術方式，隨著技術瓶頸的不斷突破，無線充電市場規(guī)模也在逐年增加，在智能手機、可穿戴設備、汽車電子、家用電器等領域開拓了更多的市場。根據國際市場研究機構Markets and Markets的報告預測，全球無線充電市場規(guī)模將從2021年的45億美元增長到2026年的134億美元，期間年復合增長率為24.6%。

按照市場劃分，電動汽車無線充電市場將是細分市場中增速最快的領域。根據Markets and Markets報告預測，全球電動汽車無線充電市場預計將從2022年的1500萬美元增長到2027年的3.77億美元，復合年增長率高達88.4%。


圖源：Markets and Markets

另外根據智研咨詢整理的數據，2021年中國無線充電市場規(guī)模達為85.5億元。智能手機仍是目前無線充電行業(yè)最大細分領域，2021年國內手機領域用無線充電市場規(guī)模為68.7億元，同比增長9.6%。

各主流廠商無線充電IC

無線充電包括發(fā)射端、接收端兩部分，上下游產業(yè)鏈覆蓋芯片、磁性材料、傳輸線圈、模組制造、系統(tǒng)集成。這里我們重點關注無線充電IC，即發(fā)射器IC與接收器IC，它對無線充電的高效率和低功耗有顯著影響。

ST無線充電IC

ST的無線電池充電器IC覆蓋了完整的發(fā)射器和接收器芯片組產品組合在內的所有主要標準和技術。目前批量生產中的料號有接收端IC的STWLC38、STWLC98，發(fā)射端的STWBC2-HP、STWBC86。



接收端STWLC38面向15W應用，STWLC98面向70W大功率應用，發(fā)射端STWBC86面向5W小功率應用，STWBC2-HP最大功率15W，不過STWBC2-HP有用于大功率充電的專有ST Super Charge擴展。接收端70W功率等級的STWLC98是高度集成的無線充電IC，支持Qi規(guī)范1.2.4和1.3，通過集成低損耗同步整流器和低壓差線性穩(wěn)壓器，實現了高效率和低功耗。

ST的接收端IC有著高的效率和增強的安全性，適用于更廣泛的應用，發(fā)射端IC確保為2.5 - 70 W應用提供快速和穩(wěn)定的單/多線圈無線充電。

瑞薩無線充電IC（IDT無線充電IC）

在被瑞薩收購之前，作為WPC的核心成員（超級會員）的IDT在無線充電IC市場取得的成績可謂十分出彩?，F在在瑞薩的無線充電IC器件列表中，共12個料號，接收端與發(fā)射端各占一半。

接收端功率等級最高為60W，來自支持WPC 1.2的P9418，P9418作為接收端集成了一個高效同步全橋整流器和控制電路來調制負載以將消息包發(fā)送到發(fā)射器Tx以優(yōu)化功率傳輸，同時P9418還能作為發(fā)射端使用片上全橋/半橋逆變器、PWM發(fā)生器、用于通信的調制器/解調器和微控制器產生交流電源信號以驅動外部LC諧振回路。



發(fā)射端功率等級最高的是P9247，在符合WPC-1.2.4規(guī)范的情況下支持15W的功率，在專有應用中支持高達30W的功率，兼容所有流行的無線充電協議（BPP、EPP、iPhone充電和Android專有的快速充電）。P9247能夠提供高級別的可編程性和極低的待機功耗。

TI無線充電IC

TI的bq5105x系列是符合Qi標準的高效無線電源接收器，具有集成的鋰離子/鋰聚合物電池充電控制器。bq5105x為了穩(wěn)定電能傳輸過程，使用Qi v1.2通信協議建立了接收器到發(fā)送器的全局反饋機制。其中bq5105xB系列在單個封裝內集成了低阻抗同步整流器、低壓降穩(wěn)壓器(LDO)、數字控制、充電器控制器及精準電壓和電流環(huán)路。整個功率級均使用低阻抗N-MOSFET以確保高效率與低功耗。



發(fā)射端的bq501210系列集成了符合WPC的接收器無線傳輸功率所需的邏輯功能，最高能夠傳輸15W功率。發(fā)射端通過與高電壓專用充電端口適配器進行協商，可選擇提供5W WPC低功率或15W中等功率，也可以憑借快速充電支持為兼容的接收器提供更高功率。

NXP無線充電IC

NXP的無線充電IC共24個料號，發(fā)射端15W無線充電IC可提供所需的全部控制器功能，功率傳輸效率超過75%，還配置了優(yōu)化的異物檢測算法。接收端65W的功率等級效率高達80-90%。這些高性價比的5 W和15 W發(fā)射器和接收器控制器IC同時兼顧了高性能和可靠性。


這里列舉了一些市面上應用偏多的歐美主流大廠無線充電IC，還有不少廠商也在無線充電IC市場耕耘已久，出貨量也十分可觀，國際廠商如Vishay、ROHM、安森美半導體等，國內廠商如南芯、貝蘭德、英集芯、矽力杰等，這里不再一一列舉各器件性能。

從這些主流廠商的主流IC中可以看到，提高無線充電效率和轉換效率成了廠商發(fā)力的方向。在功率確定的情況下，充電效率和轉換效率是制約無線充電速度的關鍵。

寫在最后

作為一種不需要通過連接器傳輸能量的充電技術，沒有了充電器、電源線的束縛，無線充電的靈活性自是不必多說的。與有線充電相比，除了靈活性，無線充電不僅在安全性、通用性等方面也有著不少優(yōu)勢，還可以減少頻繁的充電對設備充電接口的損耗。

無線充電逐年增加的市場規(guī)模也吸引了眾多廠商入局，在智能手機、可穿戴設備、汽車電子、家用電器等領域開拓更多的市場。隨著各無線充電技術的發(fā)展以及無線充電IC在效率和損耗上的進步，更靈活更高效率的無線充電將進一步普及。