摘要：随着电子设备的迅速发展，人们桌面上可充电设备愈发增多，拥有不同充电协议和充电功率的有线充电插头不但影响桌面美观，更增加了用电危险性，如何高效、美观、便捷地为电子设备充电成为学术界和工业界非常关注的问题。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer， WPT）作为一种新型的供电技术，采用非接触的方式供电，具有便捷、灵活、美观的特点。本文对无线电能传输技术应用于桌面电子设备充电进行了技术研究，为未来无线充电的发展提供思路。
关键词：无线电能传输技术、电子设备供电，IPT
1 引 言
主流的无线电能传输（Wireless Power Transfer， WPT）技术主要分为：磁场耦合式无线电能传输（ Inductive Power Transfer， IPT）技术、电场耦合式无线电能传输（ Capacitive Power Transfer， CPT）技术。本文首先简要介绍了IPT和CPT的工作原理和发展现状，并将两者进行比较分析，指出IPT更适用于桌面电子设备无线充电。然后结合桌面电子设备的工作特点，提出桌面无线充电的应用方法以及核心问题，为未来实际应用提供思路。
2 无线电能传输研究现状
2.1 磁场耦合式无线电能传输技术
如图1所示为磁场耦合式无线电能传输系统示意图，输入端的直流电源经过高频逆变模块被转化为高频的交流电，根据实际需求以及电磁标准，频率一般设置为几十kHz至MHz级别，高频交流电经过原边补偿网络后流经发射线圈，高频交流电在空间中产生高频磁场，接收线圈受此高频磁场影响，感应出高频交流电流，再经过副边补偿网络和高频整流模块，转化为可为电子设备充电的直流电流[1][2]。作为WPT技术的主流研究方向，磁场耦合式无线电能传输技术已成为WPT技术商业化推广的主要解决方案。由于其利用高频磁场作为传输电能的媒介，其不可避免地会产生电磁辐射，这为IPT技术的推广带来了难题。但随着国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）推出了ICNIRP导则以及国际无线充电联盟（WPC）推出了无线充电QI标准，WPT技术电磁辐射的问题得到了比较好的解决方案[3]。
2.2 电场耦合式无线电能传输技术
与IPT系统相似，电场耦合式无线电能传输系统的输入端的直流电源均需要通过高频逆变模块和原边补偿网络转化为高频交流电，通过在金属极板上施加高频交流电压，在极板之间形成高频电场，副边补偿网络感应出的高频交流电经过整流模块转化为直流电供给负载使用。CPT技术由于利用电场传递能量，电磁辐射比较小，在金属物件较多的应用场合，涡流损耗非常小。但是由于电场的距离限制，CPT技术的传输距离较短，适用于传输距离为毫米级的应用场合。
3 应用于桌面电子设备充电的WPT技术
目前应用于电子设备无线充电的主流方案主要为单个用电设备进行充电，截至2021年9月，市面上也出现了可为两个至三个用电进行充电的无线充电器。该方案无需像有线充电方式一样需要对用电设备进行插拔式操作，可实现放置充电，具备灵活便捷的特点，但该方案仍然需要一根给无线充电器供电的充电线，当桌面用电设备较多时，多根充电线影响桌面美观，减少桌面可用面积。
为解决上述问题，本文提出一种新型的无线充电方案。此方案将发射线圈、逆变模块和补偿模块集成到桌面，通过一根电源线给桌面式无线充电装置进行供电。本方案可以应用于办公桌、餐桌、电视柜等家具，真正实现桌面“无线”，有利于桌面美观，增强用户体验。对于本文所提出的桌面式无线充电方式，其核心问题主要归纳如下：
（1）电磁辐射问题。当整个桌面都安装了发射线圈后，与单设备的无线充电器相比，磁场范围显著增加。此问题可以通过在发射线圈添加导磁体来优化，导磁体可以改变磁场的分布，通过合理设计导磁体的形状、体积、放置位置，可以优化泄露磁场的发散，从而达到电磁兼容的目的。
（2）效率问题。为实现全桌面式的无线供电，还可以使用模块化发射线圈，即将多个小发射线圈安装在桌面底部，当用电设备放置在桌面任意位置时，均可实现正常充电。
（3）功率平衡。在对多个用电设備进行无线充电时，当任意设备接入或者断开，应保证不影响其他设备的正常供电。可以采用模块化发射线圈，通过检测发射线圈电流，可判断此发射线圈是否处于传输能量状态，当发生任意设备的接入或者断开时，通过控制算法，可根据用电状态对此发射线圈进行开断。
处理好上述三个核心问题，桌面式无线充电方式在技术层面上不难实现，但在商业化方面，仍然需要工业界处理好成本、价格、制作工艺以及宣传工作。无线充电技术在推动智能化充电、无人式充电方面扮演者举足轻重的作用，因此，无线充电方式具有广阔的发展前景和科研价值。
4 结 论
本文对无线电能传输中两种主流技术——磁场耦合式技术和电场耦合式技术进行了系统性介绍和比较，针对桌面用电设备的充电应用，提出了基于IPT技术的桌面式无线充电系统。在技术层面，指出了桌面式无线充电的三大核心问题，并给出了对应的解决思路，为桌面式无线充电系统的应用指出了方向。
参考文献
[1].龚立娇，兰永均.无线电能传输技术分析[J].电工技术学报，2015（s1）：215-220.
[2].麦瑞坤，李勇，何正友，等.无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展[J].西南交通大学学报，2016，51（3）：446-461.
[3].郝宏刚， 张春生. 磁谐振式无线电能传输效率研究[J]. 电力电子技术， 2015， 49（10）：102-108.