2. 无线充电基础
无线充电并不是单一技术，而是一组围绕“如何把电能从发射端跨越空气送到接收端”形成的技术族。理解这些技术的差异，是后续学习双向无线充电功率控制的前提。本节从四种主流原理出发，先建立物理直觉，再对比它们的适用边界。
一、四种基本原理的核心机制
电磁感应式（Inductive Coupling）是最早商用的方案。发射线圈通入高频交流电，产生交变磁场；接收线圈处于该磁场中，因磁通量变化感应出电动势。其本质是松耦合变压器，耦合系数 k 通常在 0.1～0.5 之间。优点是效率高、控制简单；缺点是传输距离短（通常几毫米到几厘米），且对线圈错位非常敏感。
磁耦合谐振式（Magnetic Resonant Coupling）在感应式基础上引入谐振网络。发射端与接收端分别加入补偿电容，使线圈在特定频率下发生谐振，能量通过近场磁场在谐振体之间高效交换。其关键参数是品质因数 Q 与谐振频率 f₀。相比感应式，谐振式可在数厘米到数十厘米距离内保持较高效率，且对水平错位容忍度更好，是电动汽车无线充电与中距离消费电子充电的主流选择。
无线电波式（Radio Wave / Microwave Power Transfer）将电能转换为射频或微波信号，经天线发射后在远场被接收天线捕获并整流为直流。其特点是传输距离远（米级甚至更远），但功率密度随距离平方衰减，整体效率低，适合低功耗传感器、RFID 等场景。波束成形与整流天线（Rectenna）是其关键技术。
电容耦合式（Capacitive Coupling）利用电场而非磁场。发射端与接收端构成一对金属极板，通过高频交变电场在极板间位移电流传递能量。其优势是结构薄、可穿透金属障碍物、电磁干扰较低；缺点是极板间电容小，需要较高工作频率与电压，功率等级通常偏低。
二、四种技术的对比清单
| 技术类型 | 传输介质 | 典型距离 | 典型功率 | 效率水平 | 核心挑战 |
|---|---|---|---|---|---|
| 电磁感应式 | 交变磁场 | mm～cm | 5W～数百W | 70%～90% | 错位敏感、距离短 |
| 磁耦合谐振式 | 谐振磁场 | cm～数十cm | kW级（EV） | 80%～92% | 频率稳定、Q值控制 |
| 无线电波式 | 射频/微波 | m～km | mW～W | 10%～40% | 波束对准、整流效率 |
| 电容耦合式 | 交变电场 | mm～cm | 数W～数十W | 60%～85% | 高频高压、极板电容小 |
三、典型应用场景与选型逻辑
选型不是“越先进越好”，而是“匹配场景约束”。手机、TWS 耳机等小功率短距离场景，电磁感应式凭借成熟生态与低成本占据主导；电动汽车无线充电需要 10～20 cm 离地间隙与较高功率，磁耦合谐振式几乎是唯一可行方案；工业传感器、植入式医疗设备等需要远距离或免维护供电时，无线电波式与电容耦合式各有其位。
四、常见误区与复盘
- 误区一：谐振式一定比感应式效率高。在极短距离、完美对准时，感应式效率反而可能更高；谐振式的优势在于距离与错位容忍度。
- 误区二：频率越高越好。频率升高可减小线圈体积，但开关损耗、EMI 与人体安全约束同步上升，需综合权衡。
- 误区三：忽略补偿网络。谐振式必须配置匹配的补偿拓扑（如 SS、LCC），否则 Q 值下降、效率骤降。
- 误区四：只看峰值效率。实际工况中错位、负载变化、温升都会影响效率，需关注全工况效率曲线。
五、参数关系速查
耦合系数 k = M / √(L1·L2)
谐振频率 f₀ = 1 / (2π√(L·C))
品质因数 Q = ω₀L / R = 1 / (ω₀CR)
最大效率 η_max ≈ k²Q₁Q₂ / (1 + √(1 + k²Q₁Q₂))²
传输距离 d 与 k 近似关系：k ∝ 1 / d³（同轴线圈近场）