无线充电市场规模快速扩张，无线充电IC向充电和转换效率发力

电子发烧友网报道（文/李宁远）无线充电技术，已经走向市场并应用一段时间了，尤其是移动设备厂商，在这一领域发展得十分迅速，不少厂商都推出了自己的无线充电方案，为人熟知的如苹果的Magsafe、小米的小感量＋磁吸、OPPO的AirVOOC等等。

无线充电技术对比

这种非接触式充电利用了近场感应，目前常见的无线充电技术主要有电磁感应式、电磁共振式、电场耦合式以及无线电波式。当前几乎所有手机无线充电采用的都是电磁感应式技术，发射线圈安装在充电座上，接收线圈安装在手机背面，当手机靠近充电座的发射线圈磁场让接收线圈产生感应电流。这一技术较为成熟，需要的空间不大，成本也不高，很适合小型移动设备的无线充电应用。不过基于该技术目前的局限也不少，电磁感应式技术的供电距离是这几种技术中最近的，而且同时可充电设备数量较少，供电效率在几W至几十W。

磁共振式无线充电技术原理是当发送端遇到共振频率相同的接收端后通过共振效应进行电能传输。同样的共振频率是实现该技术的必要条件，该技术是一种相对电磁感应式技术供电距离更远、供电效率更高的一对多充电技术，供电距离理论上可覆盖几cm至几m，供电效率理论上可以达到很高。实际的手机充电应用中，该技术的充电距离最远大概在10cm，供电效率受损耗限制也只能稍稍高出电磁感应式一些。严格来说，虽然技术层面上共振式能提升的地方不少，但在实际应用中还没有体现出“质”的提升。

电场耦合式技术通过在充电座和充电设备间形成高频电场，利用耦合非对称偶极子来传输电力。虽然这种技术成本低而且对设备对准要求也不严苛，但是很少看到基于该技术的无线充电方案。

还剩下无线电波式技术，这也是目前最具魅力的一种无线充电实现方案，该技术能真正实现远距离充电（＞10m）。虽然目前该技术供电效率不高，但是充电距离远带来的灵活性可以窥见未来无线充电带来的隔空取电的便捷。这一技术实现的方式有通过LDS技术在手机塑胶外壳上增加天线，或者采用FPC配置天线组件等等。很多此前做电磁感应、磁共振无线充电的厂商均开始布局无线电波技术。

上述的三个最常见的无线充电技术，对应了两个无线充电标准，即WPC的Qi标准与AirFuel联盟的AirFuel标准。电磁感应技术对应的是Qi标准，磁共振与无线电波对应AirFuel标准。从目前各个技术的表现来说，优劣各异，都有不少问题需要随着技术进一步发展去解决。

无线充电市场迅速发展

无线充电的灵活与便捷是毋庸置疑的，不论基于何种技术方式，随着技术瓶颈的不断突破，无线充电市场规模也在逐年增加，在智能手机、可穿戴设备、汽车电子、家用电器等领域开拓了更多的市场。根据国际市场研究机构Markets and Markets的报告预测，全球无线充电市场规模将从2021年的45亿美元增长到2026年的134亿美元，期间年复合增长率为24.6%。

按照市场划分，电动汽车无线充电市场将是细分市场中增速最快的领域。根据Markets and Markets报告预测，全球电动汽车无线充电市场预计将从2022年的1500万美元增长到2027年的3.77亿美元，复合年增长率高达88.4%。


图源：Markets and Markets

另外根据智研咨询整理的数据，2021年中国无线充电市场规模达为85.5亿元。智能手机仍是目前无线充电行业最大细分领域，2021年国内手机领域用无线充电市场规模为68.7亿元，同比增长9.6%。

各主流厂商无线充电IC

无线充电包括发射端、接收端两部分，上下游产业链覆盖芯片、磁性材料、传输线圈、模组制造、系统集成。这里我们重点关注无线充电IC，即发射器IC与接收器IC，它对无线充电的高效率和低功耗有显著影响。

ST无线充电IC

ST的无线电池充电器IC覆盖了完整的发射器和接收器芯片组产品组合在内的所有主要标准和技术。目前批量生产中的料号有接收端IC的STWLC38、STWLC98，发射端的STWBC2-HP、STWBC86。



接收端STWLC38面向15W应用，STWLC98面向70W大功率应用，发射端STWBC86面向5W小功率应用，STWBC2-HP最大功率15W，不过STWBC2-HP有用于大功率充电的专有ST Super Charge扩展。接收端70W功率等级的STWLC98是高度集成的无线充电IC，支持Qi规范1.2.4和1.3，通过集成低损耗同步整流器和低压差线性稳压器，实现了高效率和低功耗。

ST的接收端IC有着高的效率和增强的安全性，适用于更广泛的应用，发射端IC确保为2.5 - 70 W应用提供快速和稳定的单/多线圈无线充电。

瑞萨无线充电IC（IDT无线充电IC）

在被瑞萨收购之前，作为WPC的核心成员（超级会员）的IDT在无线充电IC市场取得的成绩可谓十分出彩。现在在瑞萨的无线充电IC器件列表中，共12个料号，接收端与发射端各占一半。

接收端功率等级最高为60W，来自支持WPC 1.2的P9418，P9418作为接收端集成了一个高效同步全桥整流器和控制电路来调制负载以将消息包发送到发射器Tx以优化功率传输，同时P9418还能作为发射端使用片上全桥/半桥逆变器、PWM发生器、用于通信的调制器/解调器和微控制器产生交流电源信号以驱动外部LC谐振回路。



发射端功率等级最高的是P9247，在符合WPC-1.2.4规范的情况下支持15W的功率，在专有应用中支持高达30W的功率，兼容所有流行的无线充电协议（BPP、EPP、iPhone充电和Android专有的快速充电）。P9247能够提供高级别的可编程性和极低的待机功耗。

TI无线充电IC

TI的bq5105x系列是符合Qi标准的高效无线电源接收器，具有集成的锂离子/锂聚合物电池充电控制器。bq5105x为了稳定电能传输过程，使用Qi v1.2通信协议建立了接收器到发送器的全局反馈机制。其中bq5105xB系列在单个封装内集成了低阻抗同步整流器、低压降稳压器(LDO)、数字控制、充电器控制器及精准电压和电流环路。整个功率级均使用低阻抗N-MOSFET以确保高效率与低功耗。



发射端的bq501210系列集成了符合WPC的接收器无线传输功率所需的逻辑功能，最高能够传输15W功率。发射端通过与高电压专用充电端口适配器进行协商，可选择提供5W WPC低功率或15W中等功率，也可以凭借快速充电支持为兼容的接收器提供更高功率。

NXP无线充电IC

NXP的无线充电IC共24个料号，发射端15W无线充电IC可提供所需的全部控制器功能，功率传输效率超过75%，还配置了优化的异物检测算法。接收端65W的功率等级效率高达80-90%。这些高性价比的5 W和15 W发射器和接收器控制器IC同时兼顾了高性能和可靠性。


这里列举了一些市面上应用偏多的欧美主流大厂无线充电IC，还有不少厂商也在无线充电IC市场耕耘已久，出货量也十分可观，国际厂商如Vishay、ROHM、安森美半导体等，国内厂商如南芯、贝兰德、英集芯、矽力杰等，这里不再一一列举各器件性能。

从这些主流厂商的主流IC中可以看到，提高无线充电效率和转换效率成了厂商发力的方向。在功率确定的情况下，充电效率和转换效率是制约无线充电速度的关键。

写在最后

作为一种不需要通过连接器传输能量的充电技术，没有了充电器、电源线的束缚，无线充电的灵活性自是不必多说的。与有线充电相比，除了灵活性，无线充电不仅在安全性、通用性等方面也有着不少优势，还可以减少频繁的充电对设备充电接口的损耗。

无线充电逐年增加的市场规模也吸引了众多厂商入局，在智能手机、可穿戴设备、汽车电子、家用电器等领域开拓更多的市场。随着各无线充电技术的发展以及无线充电IC在效率和损耗上的进步，更灵活更高效率的无线充电将进一步普及。