qi

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Qi是全球首個推動無線充電技術標準化組織——無線充電聯盟(Wireless Power Consortium,以下簡稱“聯盟”)推出的“無線充電”標準,具備便捷性和通用性兩大特徵。首先,不同品牌的產品,只要有一個Qi的標識,都可以用Qi無線充電器充電。其次,它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸,在不久的將來,手機、相機、電腦等產品都可以用Qi無線充電器充電,為無線充電的大規模套用提供可能。"Qi"這個圖示是漢語中“氣”的拼音(Qi),含義為是“在亞洲哲學中代表“炁”-一股無形的能量。

基本介紹

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發布

國際無線充電聯盟(Wireless Power Consortium,WPC)2010年8月31日上午在北京釣魚台國賓館發布Qi無線充電國際標準,將該標準引入中國。

技術

基本原理

qi
圖1基本原理
Qi基於電磁感應原理進行輸電。感應耦合電能傳輸系統的基本原理如圖1所示。這個系統由發射器線圈L1和接收器線圈L2組成,兩個線圈共同構成一個電磁耦合感應器。發射器線圈所攜帶的交流電生成磁場,並通過感應使接收器線圈產生電壓。這種電壓可用於為移動設備供電或為電池充電。
電能傳輸效率取決於感應器之間的耦合(k)和它們的品質(Q)。(見優值因數)
耦合不僅與兩個感應器(z)之間的距離以及相對大小(D2 /D)有關,還與線圈的形狀和它們之間的角度有關(圖1上無顯示)。

系統概述

Qi無線充電系統由基站和移動設備組成。基站包含一個或多個發射器,發射器將提供用以接收的能量。移動設備包含一個接收器用來提供電能給負載(如電池),接收器還將為發射器提供信息。發射器內有能量轉換單元,將電能轉換為無線能源信號,接收器內的能量收集單元則將無線能源信號轉換為電能。接收器將根據需要將電能輸送至負載,發射器根據接收器的需要適配能量傳遞

耗電量

影響耗電量的一個重要因素是充電效率。Qi的無線充電器與有線充電器的組件相同(交流轉直流電源適配器連同充電電子產品),但通過無線連線取代了電源適配器與手機之間的銅線。無線連線的效率遠不及銅線,但經過精心設計,無線連線至少能達到70%的傳輸效率。
而另一個因素則是待機耗電。假設這些人一直將充電器插在電源上,待機時的耗電量幾乎等於電池充電時的耗電量。而Qi大幅降低了待機功率,並演示了一個待機耗電僅0.0001瓦(100微瓦)的系統。
以下是Qi官網上的估算:
我們估計,在一般情況下,如果您用一個無線充電器取代兩個有線充電器,則無線充電器與有線充電器效率相當。相關計算的詳情如下。
有線充電器耗電量
首先計算一個傳統手機充電器的耗電量。此類充電器就是所謂的“外接式電源適配器”。能源之星網站提供了大量數據。登錄該網站可以發現,一般情況下,符合Energy Star標準的交流轉直流電源適配器:
滿載時的效率:5瓦的電源適配器的平均效率為72%
空載時的耗電量:5瓦的電源適配器的平均耗電量為0.12瓦,一些特別好的電源適配器的耗電量僅為0.01瓦。
假設您每天使用電源適配器1小時,其餘時間一直將電源適配器插在電源上。充電完畢後,人們通常不會將電源適配器和底座從電源上拔出。雖然這種做法並不可取,但卻很常見。
由此產生的總耗電量如下:
充電:1小時*2瓦/72% = 2.8瓦時(假設一個5瓦的充電器在一次完整的充電中平均供電2瓦)
待機(空載):23小時*0.12瓦 = 2.8瓦時
由此可見,待機耗電量在手機充電器的總耗電量中所占比重很高。
無線充電器的耗電量
我們的無線充電器同樣包含一個交流轉直流電源適配器。假設其效率同樣為72%以及待機耗電量同樣為0.12瓦。[註:無線充電器的待機耗電量遠低於0.12瓦,此處僅為方便對比說明。]無線充電連線的傳輸效率一般為70%。我們假設利用該無線充電器取代2個有線充電器,總耗電量為:
充電:1小時*4瓦/ 72% / 70% = 7.9瓦時(同時為2台裝置充電)
待機(空載):23小時*0.12瓦 = 2.8瓦時
與有線充電器的對比
兩個有線充電器的總耗電量:2 * ( 2.8 + 2.8 ) = 11.2瓦時
一個為兩台裝置充電的無線充電器的總耗電量:7.9 + 2.8 = 10.7瓦時
由此可見,兩者的總耗電量大致相當。雖然無線傳輸的效率明顯不如銅線傳輸,但是當利用無線充電器取代多個外接式電源適配器時,無線充電器能夠減少待機耗電。

效率

很多網友誤認為70%是Qi標準由家用電到設備的能量轉化效率。實際上70%只是發射器到接收器之間的能量傳輸效率,並不包括AC-DC適配器轉化效率。實際上5V DC輸出由家用電到電池的總體效率Qi最高為45%,傳統直連為50%~65%。
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圖2 Qi官網上各種充電方式對比

套用

Qi可廣泛套用於手機、MP3、照相機等手持低功率設備中。已有多款電子產品採用了Qi無線充電技術,代表產品有Nokia Lumia 920、Nokia Lumia 820要實現Lumia 820無線充電,需添加Lumia 820無線)。也有許多公司成為Qi標準的成員,代表公司有海爾飛利浦諾基亞

展望

Qi現階段的設計目的是為5W以下的電子產品提供無線電力供應。而在遠景計畫中,WPC計畫將Qi充電站植入到家庭、汽車、火車等各個公共場所,從而讓消費者可以隨時隨地、方便快捷地享受無線充電帶來的無限便捷。

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