隨著可攜式設備電源使用要求的成長，廣大消費者需要一些易用的充電解決方案。這些解決方案可以在各種環境下使用，例如：家庭、辦公室、汽車、機場、學校等等。無線充電聯盟(WPC)已經制訂出了業界首個互通作業標準(Qi)，讓所有相容發送器(compliant transmitter)能為來自不同廠商、不同電源要求的相容接收機(compliant receivers)供電。 

技術進步讓可攜式設備產品一代比一代智慧。提高易用度以及設備功能的增多都對電源提出了新的需求。消費者發現為設備充電的次數越來越頻繁，需要一些更加方便有效的方法來為解決充電問題。無線充電技術提供了一種解決方案，讓可攜式設備透過一個發送器墊來充電，無需任何電氣連接。如今，人們開發出多種形式的無線充電技術，但是最為成功的商業應用卻是基於電感的電力傳輸，如電動牙刷等。這種技術更易於適應各種商業應用，實現互通作業。 

互通作業性是指任何發送器都能夠為任一行動設備供電，而與電源要求、外形尺寸和廠商無關。現有感應無線充電解決方案，要求消費者購買指定的充電墊，另外還需購買可攜式設備的附件。市場調查顯示，消費者感興趣的解決方案是一種比現有有線充電方法更加方便的互通作業解決方案。WPC基於感應電力傳輸制訂了Qi互通作業標準，解決了5W以下手持設備的無線充電問題。該聯盟致力於透過設立一種全球互通作業的基礎架構，讓無線充電成為一種無處不在的普及技術。 

WPC標準 

圖1顯示了一個WPC型感應無線充電系統的結構圖。發送器由AC/DC電源轉換、驅動器、發射線圈、電壓與電流檢測以及控制器組成。接收機由接收線圈、整流、電壓調節(即穩壓調節)及一個控制器組成。該系統的負載可以為任何電池供電型設備，如手機。 

圖1：WPC感應無線充電系統的結構圖

電力傳輸 

電力透過一個耦合磁場從發送器傳輸至接收機，而該磁場是在交流電流經發送器線圈時形成的。如果接收機線圈較為接近(X、Y或者Z尺寸間隙小於5mm)，大部份發送器場力線會耦合至接收機線圈。這些耦合場力線在次級線圈中形成交流電，對其整流可產生直流電壓，因而為手機或者其他可攜式設備提供電源。 

通訊協定 

該標準利用反向散射調變實現接收機到發送器之間的通訊。透過接收機調節與線圈並聯的負載(可以為電阻式或者電容器式)來實現，其反過來又透過耦合磁場調變初級電流。發送器透過檢測初級線圈電流，對通訊訊號進行解調。該通訊訊息通道允許向發送器發送消息，目的是控制幾種系統級功能： 

1、識別：接收機一定能夠讓發送器將自己識別為一部WPC相容設備，這種特性提高了安全性，因為一個WPC相容發送器無法為一個非相容接收機供電。 

2、電源要求：接收機可以要求發送器增加或者降低輸出功率(最大5W)。由於接收機可以讓其接收到的功率適合於其目前負載需求，因此系統可以更加智慧高效。 

3、電力傳輸控制：接收機可以透過發送一條結束電力傳輸消息，關閉發送器。例如，電池完全充電狀態時，接收機便不再需要電力。關閉發送器，意味著該系統具有非常低的待機功耗。

磁性組件 

磁性組件或者線圈、屏蔽層和磁鐵/吸引器的組合，是WPC系統不可或缺的組成部份，需要仔細的設計考慮，因為它們對總系統性能有重要的影響。 

由於發射端的實現對外形尺寸沒有嚴格的限制，因此WPC標準固定了磁性設計發射端。這樣便可讓次級線圈施加的磁場強度和分佈保持一致，因而實現可靠的系統執行。WPC v1.0規格為這些發射端設計提供了指導。由於存在實質不同的整體外形尺寸，我們無法標準化接收端磁性組件。磁性組件廠商已經順應了這一技術發展趨勢，為發送器提供WPC相容磁解決方案，同時為接收機提供定製解決方案。這些解決方案可以以整合組件(線圈+屏蔽層)或者單獨配件(單獨的屏蔽層和線圈)的方式購買。 

接收機架構 

提供Qi相容產品的最快速途徑是，提供電源或者直接電池充電實現的附加解決方案。 

電源實施 

圖2顯示了一個無線充電接收機如何模仿電源配接器的執行，向行動設備提供5-V、5-W電源。在這種最簡單的實施中，接收機和行動設備之間僅要求兩個觸點、無線電源和接地。由於大多數第一代Qi產品都沒有去除掉有線連接器，因此圖2還顯示了如何透過一個有線配接器或者無線電源來實現充電。兩個電源都連接至行動設備內部的電源多工器。一般而言，配接器電源是默認選擇，而在沒有配接器的情況下才使用無線電源。 

圖2：使用有線輸入的四觸點電源接收機系統架構

當有配接器或者電池充電結束時，需要中斷無線電力傳輸。要實現這個功能，可以在接收機處於無負載狀態時向發送器發送一條消息來終止電力傳輸。透過打開多工器的無線電源接收機開關，可以模擬這種狀態。無負載狀態的更多詳情，可以利用更多觸點來獲得。 

在三觸點解決方案中，充電結束時，行動設備向接收機發送的一條數位終止訊號被驅動為高電平。接收機進入無負載狀態，之後向發送器發送關於充電完成的額外訊號，讓發送器結束供電。發送器利用這一資訊，透過一個LED燈通知用戶充電完成。 

在四觸點解決方案中，檢測訊號適用於測量配接器電壓，並通知發送器結束電力傳輸，無需發送終止消息。 

直接電池充電器的實施 

圖3顯示了一個直接電池充電器的實現，其無線電源直接提供給電池。透過調節控制器充電演算法的充電曲線，這種實現可以支援任何電池化學物質。利用I2C或者 SMBus，可讓接收機變得‘智慧’，這樣主機便可以收集測量資訊(如整流功率)，並設置充電參數。兩個充電器本質上與電池連接：有線和無線充電通路。透過檢測配接器電壓探測到有線配接器時，無線接收機充電演算法便終止。 

圖3：直接電池充電器解決方案的無線充電系統架構

由於行動設備的高系統整合度，這種實施不僅對整體行動設備外形尺寸產生的影響最小，效率也最高。