IEC 63028：AirFuel 联盟无线电力传输谐振基线规范

一、IEC 63028 的范围与框架

IEC 63028 规定了无线电力传输的 AirFuel 联盟谐振基线系统规范。它定义了在 6.78 MHz ISM 频段运行的谐振感应式无线充电系统的系统架构、通信协议、功率传输控制和互操作性要求。该标准由 IEC 与 AirFuel 联盟合作制定，实现了消费电子产品、小型家电以及——经过扩展后——工业和医疗设备的无线充电跨厂商互操作性。6.78 MHz 谐振方案相较于紧耦合感应式方案具有显著优势：扩展的空间自由度（单表面多设备充电）、对横向和纵向偏移的容差，以及穿透非金属障碍物的充电能力。

该标准涵盖完整的系统堆栈：功率发射器、功率接收器以及控制功率传输的双向通信链路。与 Qi 标准不同，IEC 63028 的谐振方法使用松散耦合的磁共振，发射器和接收器线圈都调谐到相同的谐振频率。这使得在同一发射表面上能够同时为具有不同功率需求的多个设备充电——这一特性被称为”空间自由度”或”自由定位”。

6.78 MHz 工作频率在全球范围内被分配为 ISM 频段，这意味着在大多数国家和地区，符合 IEC 63028 的设备无需特殊无线电许可即可销售和使用。这是全球产品部署的关键实际优势。

二、技术规格与通信协议

2.1 功率传输等级与线圈规格

IEC 63028 定义了五个功率等级，从 1 级（最高 2 W，适用于可穿戴设备和助听器）到 5 级（最高 70 W，适用于笔记本电脑、平板电脑和小型厨房电器）。基线谐振线圈几何形状规定为平面螺旋形，发射器标称外径为 50 mm，接收器为 40 mm，采用利兹线绕制以最小化 6.78 MHz 下的交流电阻。线圈品质因数在工作频率下必须至少达到 100 才能实现谐振耦合效率。表 1 汇总了功率等级。

等级	最大输出功率	典型应用	接收线圈外径	最低系统效率
1	2 W	助听器、智能戒指、耳机	15 mm	55 %
2	10 W	智能手机、耳机充电盒	25 mm	65 %
3	30 W	平板电脑、便携音箱	35 mm	72 %
4	50 W	超极本、小型电动工具	45 mm	75 %
5	70 W	大型笔记本电脑、显示器、厨房秤	55 mm	78 %

2.2 蓝牙低功耗通信与异物检测

发射器和接收器之间的控制通信使用 2.4 GHz ISM 频段的蓝牙低功耗广播数据包。接收器广播其功率请求、设备标识和状态信息；发射器确认并相应调整其输出。BLE 链路独立于功率传输通道运行，使得通信甚至可以在功率传输开始之前进行——这对于初始化握手至关重要。标准规定了功率控制命令的最大连接延迟为 100 ms，确保输出电压的稳定闭环调节。

异物检测是 IEC 63028 要求的关键安全功能。发射器必须检测充电表面上可能被谐振场感应加热的金属物体。FOD 通过多种方法组合实现：品质因数衰减测量、功率损耗核算以及可选的电容式或红外存在感应。标准要求 FOD 在异物放置后 1 秒内触发关机。

6.78 MHz 工作频率可能耦合到 AM 收音机接收器的中频级，并可能干扰在相邻频段运行的一些 RFID 系统。IEC 63028 要求发射器实施有源干扰抵消或自适应频率抖动，以将带外发射限制在 CISPR 22 B 类限值以下。

三、谐振 WPT 的工程设计见解

3.1 线圈与谐振回路设计优化

IEC 63028 谐振 WPT 系统的效率主要由线圈品质因数和耦合系数决定。在 6.78 MHz 频率下，铜的趋肤深度约为 8 μm，使得标准 PCB 走线线圈在 2 级以上因欧姆损耗过高而不实用。股线直径为 0.05 mm 的利兹线是发射器线圈的标准导体。所需股数大致随功率等级增加：3 级需要约 100 股 0.05 mm 线，而 5 级需要 300 股以上。谐振电容器在整个工作温度范围内的容值漂移必须小于 0.5 %，以防止失谐。

谐振 WPT 系统中发射器和接收器线圈之间的耦合系数通常为 0.1–0.4——远低于紧耦合感应系统的 0.7–0.95。尽管如此，系统在 4 级和 5 级仍可实现超过 75 % 的端到端效率，因为谐振回路能够高效存储无功能量，只有负载消耗的有功功率才从发射器汲取。这是谐振耦合的根本优势：”无功功率”在谐振回路中循环，而不是通过电源。

3.2 发射器功率放大器拓扑

发射器的功率放大器是最关键且设计最为复杂的组件。符合 IEC 63028 的发射器几乎普遍使用工作在 6.78 MHz 的 D 类或 E 类开关放大器。E 类放大器通过整形电压和电流波形使开关器件在零电压下导通，提供最高的理论效率。在实际中，GaN FET 是首选的开关器件，因为它们在 6.78 MHz 下具有低输出电容和快速开关边沿。典型的 70 W 发射器使用半桥 D 类放大器，配备两个 650 V GaN FET、螺旋绕制利兹线圈和用于阻抗匹配的数字调谐电容器组。较高等级的直流供电电压通常为 48 V。

功率放大器的热管理是一个重大挑战：即使在 90 % 的效率下，70 W 系统也必须在发射器外壳内耗散 7–8 W 的热量。如果没有适当的热设计，谐振电容器的温升会导致失谐和正反馈效率崩溃。IEC 63028 要求发射器在 35 °C 环境温度下至少维持额定功率输出 30 分钟，用户可接触的任何组件表面温度不超过 85 °C。

多线圈发射器阵列使得”自由定位”充电表面成为可能，设备可以放置在定义区域内的任何位置，仍能达到 3 级以上的功率水平。IEC 63028 提供了实现此类阵列所需的线圈切换和驱动排序指南，同时不违反辐射发射限值。

四、常见问题解答

问 1：IEC 63028 与 Qi 无线充电标准有何不同？
Qi 使用 100–200 kHz 的紧耦合感应充电，需要精确的线圈对准（5 mm 以内）。IEC 63028 使用 6.78 MHz 的松耦合谐振充电，在所有方向上提供 10–20 mm 的空间自由度。Qi 在单设备手机充电方面效率更高；IEC 63028 在多设备充电和更高功率应用中表现出色。

问 2：IEC 63028 接收器能否在 Qi 发射器上充电？反之亦然？
不能直接兼容——工作频率相差两个数量级，且通信协议不兼容。然而，支持两种标准的双模接收器很常见，业界正在通过无线厨房电器”Ki”倡议推动统一标准。

问 3：IEC 63028 的最大实际充电距离是多少？
标准假设发射器和接收器表面之间的耦合距离为 5–20 mm。超过 20 mm 时，耦合系数降至 0.05 以下，效率急剧下降。对于”穿透台面”充电，需要扩展线圈几何形状和更高的 Q 值，但基线规范未涵盖这些内容。

问 4：该标准是否涉及人体电磁暴露安全？
是的——IEC 63028 要求在 6.78 MHz 下符合 ICNIRP 2020 一般公众和职业暴露指南。发射器必须证明在距离表面 20 cm 处的入射磁场不超过一般公众暴露的 21 A/m，并需进行金属植入物安全性附加测试。