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NFC无线充电能否拯救你的电子设备,让你摆脱“低电量烦恼”?

2022-01-20
来源:物联网智库

导读

NFC无线充电标准(WLC)的批准,无疑是一个重要的市场信号,未来随着越来越多的物联网设备加入,尤其是越来越多的微型低功耗物联网设备的产生,无线充电技术将成为一个重要的趋势。


如果给你一种最高支持1W充电功率的无线充电技术,你认为它有意义吗? 或许会有人调侃“这简直是在开历史的倒车!”的确,在40W、65W无线快充屡见不鲜的当下,对于大多数消费者来说,1W的无线充电功率似乎太过于“鸡肋”。

但是,历史总有惊人的相似之处,比如LPWAN作为一种低功耗的广域网络技术,它解决的正是数十亿低功耗物联网终端供电问题。 因此从技术发展的角度来看,技术不是朝着高大上的方向迭代,而是应该朝着便宜好用的方向迭代。这才是真正的迭代,有用的迭代。


2020年5月,NFC(Near Field Communication,中文名“近场通信”)标准官方组织NFC论坛(NFC Forum)宣布,新的“无线充电规范”(Wireless Charging Specification,简称“WLC”)已经获得批准。根据NFC论坛的解释,WLC标准支持在NFC的设备中使用一根天线来实现通信和充电功能的二合一,因此目前通过这个解决方案最高仅能实现1W的充电速度(WLC标准的无线充电支持250毫瓦、500毫瓦、750毫瓦和1瓦四种功率的传输等级)。

没错,这个NFC技术就是大家十分熟知、应用很广的NFC,比如乘坐公交车时刷的公交卡、进出小区时用到的门禁卡、在商场购物支付时所用的银行卡,以及像智能手表、智能手机中都附带的NFC功能等。 那么,我们今天就来看看,NFC到底如何实现无线充电的功能,1W的充电功率又将撬动多大的市场?

市场“变革”

无线充电其充电过程不需要任何有线作为电量传输介质,甚至已经发展到了无需接触也能实现“隔空”充电,因而促使电子产品充电体验获得了大幅度的提升。

但尽管如此,无线充电真正普及到我们的生活却用了近40年。早在1978年,美国人乔治·博格尔就通过给电动汽车充电开启了无线充电用例的先河。而我们现在所应用最广、普及度最高的无线充电技术则是在2010年3月,由无线充电联盟针对智能手机、平板等设备推出的“Qi”标准。

 “Qi”标准采用的是电磁感应技术进行输电,而NFC则是采用了电磁感应技术进行通信,因此看似两个无关的功能其实在实现原理上别无二致。如此以来也就造就了NFC无线充电的三大优势:

第一个优势,即能量传输与数据传输在物理层的硬件电路上合二为一,让一些对充电功率要求不高的产品,如小型低功耗的物联网设备,可以在设计中省去传统的Qi充电线圈。


第二个优势,即NFC无线充电技术天线尺寸相较于高功率的Qi标准的无线充电技术天线尺寸进行了数倍的缩减,这是由于Qi标准工作频率一般为125KHz,而NFC无线充电技术工作频率在更高的13.56MHz。

因此,Qi标准天线尺寸设计一般需要10厘米甚至更长,但NFC无线充电技术天线尺寸则可缩小到1厘米以下。

 第三个优势,基于NFC的工作原理,提供更大的能量驱动一些无源设备,满足越来越多的无源物联网的需求。 比如,智能眼镜是当前各大设备制造厂商争相抢占的赛道,作为可穿戴设备的一种,智能眼镜凭借“解放”双手,操作简便、体积更小而被视为未来智能科技产品的重要增长点。早在2019年,业界就推出支持NFC无线接触式充电的设备,可使数据传输与充电同时进行。

保证“适用”在上述文章中我们已经阐述了NFC无线充电的前两个优势:NFC无线充电使能量传输与数据传输在硬件实现了二合一,其次实现了相对“Qi”标准下更小的天线尺寸设计,因此,NFC无线充电技术更值得一叙的应用场景在于对小型低功耗物联网设备的支持。

相比“Qi”标准明确更适合对充电功率要求更高的大型电子产品,如智能手机、平板电脑以及其他体积较大的产品,NFC无线充电对其目标设备也有明确的适用范围。

WLC规范从一开始就表明了NFC无线充电的主要应用领域,即智能手表、智能手环、无线耳机、手写笔这样的小型物联网设备。

2021年10月,NFC论坛再次就WLC功能进行了优化,批准并通过了无线充电规范WLC 2.0,新规范从内容上更加利于微型物联网设备和消费电子实现无线充电,它支持更小的无线尺寸,扩大了可使用智能手机和其他NFC设备进行无线充电的消费设备和物联网设备范围。

比如平板电脑上的电容笔,目前大多采用的是蓝牙配对,相比NFC配对而言步骤更加繁琐。 另外在充电方式上,如果采用传统的无线充电方式,首先,大功率对于电池容量娇小的电容笔而言本身就是“杀鸡用牛刀”;其次,笔身内增加线圈无疑也会带来笔身重量的增加和设计复杂度的提升。

类似的场景其实还有很多,比如智能电动牙刷、无线TWS耳机等等。 而NFC无线充电最大的优势在于,可支持终端设备厂商在有限的空间下不断优化产品。一方面,如果设备中搭载了NFC芯片,厂商可以放弃单独的无线充电技术;另一方面,减去电磁线圈的部署,应用更小的NFC天线可为更大的电池或其他组件腾出地方,使空间有限的小型物联网设备更容易被设计。

此外,采用NFC无线充电技术通过数据传输还能使充电过程更易被检测和控制,在充电之外,也能通过数据传输带来更多有价值的附加功能,实现用户体验上的升级,比如配件的防伪识别、蓝牙配对、固件升级等等。

合适“时间”

IoT Analytics创始人兼首席执行官Knud Lasse Lueth曾经公开表示:“到2025年,预计将会有超过300亿的物联网连接,几乎平均每人拥有4台物联网设备。”而这些物联网设备,并不包括智能手机、个人电脑、平板等,它们大多是小型低功耗的可穿戴物联网设备,比如无线耳机、智能手表、智能笔等一系列产品,当然未来还将有更多的低功耗智能硬件。

在无线充电成为趋势的当下,对充电功率要求更高的大型产品有“Qi”标准;而针对充电功率要求不高,反而对成本、体积、技术普及度等有更高要求,基于NFC无线充电技术的“WLC”标准不失为一种更好的选择。

首先从市场教育方面来看,NFC无线充电可谓有着得天独厚得优势。应用上,NFC应用已经覆盖了相当广阔的领域,包括在非接触式支付、访问控制(门禁)、设备配对、电子政务(护照)、公共交通票务系统以及消费电子产品等众多应用领域中都有应用。 而WLC标准得到批准,也就意味着未来可以直接通过带有NFC功能的有源设备实现充电,比如自带NFC功能的智能手机可以摇身一变成为“移动电源”,为其他带有NFC功能的物联网设备充电。回家开门解锁智能锁的时候就会像刷手机进地铁站一样方便、安全。

 其次从供应链发展来看,基于NFC方式的无线充电并不意味着现有设备都能在不更换硬件的基础上实现固件升级就能实现这一功能,还需要产业链的进一步协同。

作为NFC无线方案领导企业,ST意法半导体的NFC无线充电解决方案通过在系统尺寸和使用灵活度、可弯曲的天线PCB的可用性上的工作富有成效,能有效降低BOM成本。目前,其旗下产品包括ST25 NFC / RFID标签、ST25动态NFC标签、ST25R NFC读写器、ST21 NFC控制器以及ST33/54一体式安全NFC解决方案等。

目前,意法半导体作为NFC论坛的赞助成员,正积极推动通过其产品的认证,来保障产业链需求。写在最后NFC无线充电标准(WLC)的批准,无疑是一个重要的市场信号,未来随着越来越多的物联网设备加入,尤其是越来越多的微型低功耗物联网设备的产生,无线充电技术将成为一个重要的趋势。

当然,鉴于NFC无线充电技术自身的技术壁垒并在市场上已大获成功,NFC将不会对任何无线充电技术形成替代,反而会成为一个重要的补充选择,带给物联网设备更灵活、更低成本、更容易的充电方式。




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