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苹果无线充电技术为何选择 WPC 而非 Airfuel?频率的选择可能是原因

阅读241| 发布: 2018-01-23 15:16 | 点赞: 121

苹果无线充电技术为何选择 WPC 而非 Airfuel?频率的选择可能是原因

iPhone 8 的预热早就开始了。最新一则讯息是苹果加入无线充电标準联盟 WPC,对沉寂已久的无线充电行业来说,这不啻于一剂强心针。

早在孙昌旭《爆料:亮瞎眼的 iPhone 8 测试机》一文爆出 iPhone 8 无线充电技术细节的 4 天前,郝鹏就发现了苹果新品将使用无线充电的蛛丝马迹。苹果无线充电技术为何选择 WPC 而非 Airfuel?频率的选择可能是原因

「2 月 11 日晚上,我在登入官网查询的时候,苹果的名字赫然在列。」郝鹏博士是楚山电子创始人和 CEO,同时也是 WPC 成员,公司近期刚获得天使+ 轮投资。他当晚的朋友圈截图也被圈内外的朋友大规模转寄。苹果是消费电子工业当之无愧的巨无霸,它的启动作用毋庸置疑。

反向搜寻历史你会发现,苹果向来在新技术新标準上激进超前,近有 MacBook 强行吃下 USB-C,远有屏弃软碟、光驱和机械硬碟。与此同时,很多技术和标準的流行普及也仰赖苹果的推广。无线充电工业近几日的兴奋就不难理解了。当然,苹果也不是万金油。这就是另一个话题了。

在这简单的事件背后,其实还有不少值得推敲的技术细节,比如在主流的两大无线充电联盟中,苹果为什幺选择 WPC,以及 iPhone 8 到底会使用哪一种无线充电标準;更关键的是,苹果能在改善无线充电的使用体验多少,而不致鸡肋。这些疑问都将在下文中得到解答。

磁感应,还是磁共振

先来解释下磁感应和磁共振的基础知识。两者应用的都是电磁感应原理。苹果无线充电技术为何选择 WPC 而非 Airfuel?频率的选择可能是原因

法拉第铁圈实验示意图:左边线圈磁通量的改变,会在右边线圈感应出电流。

电磁感应是发电机、变压器等多数电力装置作业的基础。它的发现人是迈克尔‧法拉第。下面是维基百科的定义:

说得简单一点:左边线圈磁通量的改变,会在右边线圈感应出电流。把左右两边线圈拍扁压平,接收线圈放在手机背面,发射线圈连线电源,你就得到了一个初始的无线充电装置。第一代的磁感应无线充电器便是这幺来的。

缺陷是因为少了磁性材料的束缚,发射线圈部分磁通就不会经过接收线圈,术语叫耦合度低。所以需要手机和无线充电器对齐贴紧,否则会遇到手机明明放在充电器上了,一觉醒来没有充到电的尴尬。

磁共振无线充电器则是用谐振器件(电感和电容)使发射端和接收端达到特定频率,进而产生磁场共振,进而阐述能量,优点是传送效率高。关于传送效率这一点可以参照共振现象来理解:军队步伐整齐通过桥樑,桥塌了。

此外,磁共振技术还有传送功率高的特点,商用领域可达到 1000W 以上,而且方便一对多同时充电。缺点是成本较高,目前大众熟知的是 Airfuel 旗下的 6.78MHz 磁共振技术标準。6.78MHz 也成了 WPC 和 Airfuel 之间的关键差异,具体下文阐述。苹果无线充电技术为何选择 WPC 而非 Airfuel?频率的选择可能是原因

6.78MHz 的原罪。

说起磁感应和磁共振两种无线充电方式,不少人倾向 WPC(Wireless Power Consortium)与 Airfuel 对立。其实不然,两者均有磁感应和磁共振协定。Airfuel 由 A4WP、PMA 合併而来。合併之前 A4WP 的主导技术标準是磁共振,而 PMA 使用的则是磁感应,两者合併之后 Airfuel 把磁共振当成包装的重点。

WPC 是目前最大的无线充电联盟,会员数量超过 200 家,其中有诺基亚、HTC、LG、Sony、三星、高通还有新加入的苹果。它在 2010 年製定公布的 Qi 规格是目前应用範围最广的无线充电标準,支援的产品超过 1,300 余种。前文提到的楚山电子亦是 WPC 成员。

原 A4WP 的成员则有高通、三星、Duracell Powermat 和英特尔等;PMA 则得到了星巴克、Google 和 AT&T 的支援。需要特别说明的是,「买基频送晶片」的高通在 3 个联盟中都有参与,它既是 A4WP 创始会员,也是 WPC 董事会成员和 PMA 资深领导会员。三星是另一个骑墙派,2014 年 A4WP 和 PMA 合併之后,三星在 Airfuel 和 WPC 中均有参与。

以前大部分 Qi 产品都是磁感应式,最新的 Qi 1.2 标準除了加入对多装置充电的支援,也纳入了磁共振技术,充电功率增加到 2000W。郝鹏告诉 PingWest,Q1.2.2 规格中,涉及的磁感应频率在 87~205KHz。《爆料:亮瞎眼的 iPhone 8 测试机》一文中提到 iPhone 8 测试机的磁性材料频率大概为 300KHz,稍高于 Q1.2.2 中的规格。

鉴于该规格中对磁共振频率并没有明确规定,所以不排除苹果 iPhone 8 会使用磁共振技术达到无线充电。「极有可能」。在 WPC 框架下做 KHz 级磁共振无线充电解决方案的郝鹏对这点信心颇足。以苹果对用户体验的苛刻,它很难容忍对不齐而无法充电这件事。私下沟通时,WPC 主席告诉郝鹏,Qi 1.2 之所以加入磁共振技术支援,原因有两个,一是给低功率的产品提供更大的空间自由度,主要是垂直距离,二是提供更大功率。

苹果其实在 Apple Watch 两代产品中已使用无线充电技术,而且也是基于 WPC 框架,只不过并未相容通用无线充电器。这两代产品也为苹果做了技术上的累积。就像 iPhone 6 便加入了体积硕大的线性制动器(振动器),直到下世代的 iPhone 6s 才开放触觉回馈功能。iFixit 当时在拆解 iPhone 6 时一度怀疑苹果为何要做这幺重的振动器。联想行动事业部副总裁常程在一次採访中告诉 PingWest,这单颗振动器的成本高达 3 美元,抢佔触觉回馈的 Android 手机品牌技不如人也就情有可原了,成本压力实实在在。

为什幺苹果没有加入 Airfuel,选择了 WPC?除了它已经基于 Qi 框架给 Apple Watch 做无线充电功能,另一个原因是,Airfuel 规格下磁共振的频率固定为 6.78MHz(相比之下 WPC 标準是一个频段区间 87~205KHz)。

该频率与 NFC / RFID 的 13.56MHz 是整数倍的关係,两者之间会产生强烈的讯号干扰。这基本上已经是行业里公开的祕密,想必苹果不会对 Apple Pay 支付体验置之不顾。且由于高频磁共振的技术达成难度过高,迄今为止,并没有 Airfuel 磁共振产品大批商用化。

如此尴尬的 6.78MHz 怎幺就成了 Airfuel 的标準?这要追溯到 MIT 2007 年关于磁共振无线充电技术的一项着名实验。此次试验也被认为是第一次现代意义上的无线充电。专案小组 WiTricity 隔着 2 公尺的距离点亮了一个 60W 的灯泡,效率达 45%,频率 9.9MHz。后来专案小组以同样的名字公司化运作,并在 2011 年获得丰田投资。

儘管有一些缺陷,并不意味着 Airfuel 全然没有机会。它的优点在于长距离,这是很多创业者和研究机构正在探索的方向。想像当下越来越流行以特斯拉为代表的电动汽车,停车即可充电,家中装上无线充电装置,随时随地充电,告别续航焦虑。

至于苹果 iPhone 8 无线充电技术会达到什幺样的水準,可以参照一下楚山电子现在的技术水準:3~5cm 有效充电距离,充电效率 80% 左右,目前已经有样机(Airfuel 磁共振方案的效率是 85%,但这只是实验室资料且并没有商用产品,难以验证)。郝鹏认为,iPhone 8 的无线充电发射功率可能会在 20W 以上。作为对比,iPad 配备的充电器功率只有 10W。

无线充电的春天真的来了吗?

「最近深圳厂商疯狂找我们,销量也开启了。」

杨柏洁是北京一位无线充电领域的创业者,现在在做面向消费者的麦极客无线充电套装。苹果加入 WPC 的讯息同样带给他不少触发。「我个人判断苹果不会用(相容) Qi,不过无线充电的市场要起来了。」他这样告诉 PingWest 品玩。

「你看前几年三星做无线充电,没有人跟。中国厂商一概不做。苹果一入场,情况就不一样了。」

对此,郝鹏的评价更直接。「当 iPhone 用了无线充电,这才是决定性的。现在正处在市场爆发的前夕。」

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