小米曝光隔空充电专利
来源:电子工程专辑 发布时间:2022-11-30 分享至微信

在首次公布这项真无线的隔空充电黑科技后,小米目前曝光了一份隔空充电专利。

据天眼查显示,11月25日,小米正在申请公开一份名为“一种充电方法及装置”的专利,申请日为2021年3月22日,申请公布日为2022年11月25日。该专利申请号为CN202180000778.0,申请公布号为CN115398772A


尽管该专利目前处于审核流程中,但仍展示了一些细节。

专利摘要显示,相较于传统的无线充电的方法,终端无需与充电设备近距离接触,而是通过距离较远的基站来实现隔空充电。

充电方法包括:向基站发送无线充电请求,以请求所述基站为所述终端进行无线充电。终端可以主动向基站发送无线充电请求,从而基站可以在接收到该无线充电请求后为终端进行无线充电。


从摘要描述上可以看到,与此前小米公布的隔空充电技术描述一致,无需任何充电线、充电底座,可以实现远距离无线充电。

已知的技术细节

2020年1月29日,小米首次公布这项MI Air Charge隔空充电技术。小米表示,可以实现数米半径内的多设备(单个5瓦)同时远距离充电、异物遮挡不降低充电效率。

据小米官方的描述,小米隔空充电技术核心在于空间定位和隔空能量传输。

发射端,即上文专利指的基站端,也即充电桩。空间定位上,小米自研的隔空充电桩,内置5个相位干涉天线,可进行毫米级空间定位。隔空能量传输上,充电桩的144个天线构成的相位控制阵列,通过波束成形将毫米波定向发射给手机。
相控阵元件示意图,Tx为发射,图源:Analog

相控阵(相位控制阵列)天线,指的是无需机械旋转运动(可联想卫星电视信号锅移动),由多天线形成的等间隔阵列,通过电子方式直接控制天线相位差,将无线电波束约束为特定方向的波束扫描信号,基于IC的半导体相位调整可以在几纳秒内完成。据了解,相控阵天线,广泛用于雷达、5G、卫星通信、RFID系统等领域。

接收端,即手机终端。小米表示自研了天线阵列的小型化设计,手机内建信标天线和接收天线阵列。信标天线通过低功耗方式在空间场内广播位置信息,即向充电桩发射充电请求信号;接收天线阵列由14根天线组成,由充电桩发射的毫米波信号,通过整流电路AC/DC转换转为电能,以实现隔空充电。

一种基于MOSFET的整流电路,图源:德州仪器

革命与现实

之所以小米此次自研的隔空充电技术,被其视为无线充电的一次革命性创新,主要在于这次属于真无线充电,无需目前常规接触式的充电板。

据了解,常见无线充电技术大致可以分为三大类技术(电磁感应、电磁共振、无线射频)和两大无线充电联盟(WPC、AirFuel),WPC推出的Qi标准对应电磁感应技术,AirFuel对应电磁共振技术和无线射频技术。

来源:头豹研究院

三大技术从充电距离也越来越远,支持设备越来越多,但成本上来说也越来越高,转换效率越来越低。

目前市面旗舰手机上的无线充电属于第一种电磁感应技术,技术简单成本最低,使用也最广泛和标准化,任何带有Qi认证标志的产品均可以充电。该种方法利用电磁线圈进行能量转换和传递,充电转换效率可达85%,但充电距离短需要紧贴充电底座充电,金属感应接触器发热快。

而第二种电磁共振技术,通过磁场共振实现电磁能量的交换,实现了一对多充电,充电距离可以达到10厘米左右,但与电磁感应相比没有质的变化,充电转换效率约80%。市面上的充电板属于此类技术范畴,允许用户固定在办公桌的底部,手机放在桌面上就可以充电。

第三种无线射频技术,小米此次隔空充电技术属于此范畴,空间环境电磁波通过手机内部整流电路转为电流,充电距离可大于10米,属于真正的远距离充电,可以实现一对多充电,但转换效率更低38%左右。

不过,隔空充电仍存在充电效率低、研发成本高、标准未统一、辐射等问题,且去年摩托罗拉抢先发布的隔空充电视频中其完成度并不高。不知小米的隔空充电,在专利公布后,能否早日亮相真机,将科幻带入现实。





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