無線充電技術

無線電力系統(tǒng)的原理與烹調電磁爐相同，透過電磁波來傳送能量只不過目標不同，電磁爐使用頻率約50KHz能量發(fā)出后給鍋具加熱用已烹飪，過去網絡上就有流傳過一段影片就是將手機放在運作中的電磁爐表面上，在短時間內手機即燒毀，這樣的原理一樣電磁波會穿過手機外殼直接對內部的金屬構造加熱終至燒毀。前文題到過，為了加長傳送距離必需提高傳送頻率，電磁爐的頻率較低在離開數公分后就衰減到安全界限以下，INTEL發(fā)表的相距一公尺傳送電力必需將頻率提高到約13MHz才能傳送，在這個狀況下線圈之間若是存在金屬物體將會被加熱而發(fā)生危險，表演中工作人員可以站在兩個線圈中間不會有危險，是因為人體內的金屬成份很少所以溫度上升有限。

當電磁波頻率加到1GHz以上就會直接對水分子加熱;這個原理就變成微波爐了，水分子被電磁波攪動后發(fā)出熱量。所以微波爐與電磁爐不一樣，必需在屏蔽體內操作避免為害到人體。這部份又與市面上的無線通訊產品不同，因為能量差距甚大;無線電力系統(tǒng)需要傳送電力而發(fā)送到受電裝置所以需高功率傳送，無線通訊產品收到低功率訊號后再透過內部的電池將訊號放大處理。所以不管是在13MHz會對金屬加熱或是1GHz以上直接傷害人體，無線電力在設計時必需解決安全的問題才能上市，這就是展示簡單、上市困難。

三大效能指針 效率、安全、功率

電動牙刷早在10年前就堆出無線充電了，當時由于功率需求低所以不需要考慮效率與安全。早期的系統(tǒng)轉換效率只有20%-30%，且沒有安全機制并不會辯識目標連續(xù)供電，這樣的系統(tǒng)就與微型電磁爐一樣。由于功率很小，接收需求只有0.1W上下，只有20%的轉換效率下即有80%的能量于傳送中轉成熱量散逸，這樣推算發(fā)射器提供0.5W的能量到接收器為0.1W的能量，0.4W產生的熱量有限對系統(tǒng)的溫度上升不明顯，且系統(tǒng)最大輸出能力也不大即0.5W，所以在發(fā)射器上放置金屬異物也不會產生危險;但今日的裝置需求遠高于0.1W，以熱銷的智能型手機來看接收需要5V-1A 即5W的充電能量，若用電動牙刷的系統(tǒng)進行設計問題就會很大了，接收端5W的需求在只有20%的轉換效率下有20W的能量轉換成熱能散逸，這樣的能量會產生龐大的熱能會導致系統(tǒng)溫度大幅上升，在這樣的推算下，系統(tǒng)最大輸出能力會在25W，若為無安全設計下于發(fā)射器上放置金屬異物可能會導致火災意外，所以在功率需求提高后衍生的問題需要全新的設計來完成無線充電，所以10年前即出現的無線充電到今還改良之中。新設計的系統(tǒng)需為了達到目標功率，必需先解決效率與安全的問題。

高轉換效率仰賴先進規(guī)格零件與材料

現今無線充電系統(tǒng)都采用共振的方式進行設計，在架構上都大至相同有下列這些構造：發(fā)射器內有

1. 直流電源輸入;2. 頻率產生裝置;3. 切換電力的開關;4. 發(fā)射的線圈與電容諧振組合

接收器內有

A. 接收的線圈與電容諧振組合;B. 整流器;C. 濾波與穩(wěn)壓器;D. 直流電源輸出

在樣的架構下從發(fā)射器的1.直流電源輸入到接收器 D.直流電源輸出應過的每一個環(huán)節(jié)都是效率損耗的要點，在電源電路中電流通過的每一個有阻抗特性的零件都會在上面損耗部份能量，這幾年材料的進步也讓無線充電的實用化大增，其中有幾樣先進零件是無線充電系統(tǒng)中與傳輸效率相關的，為了達到高轉換效率需要將這些零件與材料作組合運用。

a. 頻率產生裝置：目前有數家公司將此部份開發(fā)成IC銷售，其為發(fā)射電路板上的關鍵零件。

b. 切換電力的開關：大多為MOSFET所構成，低導通阻抗與高切換速度是選用的要點。

c. 發(fā)射/接收的線圈與電容諧振組合：此部份為過去從未出現過的技術，由于無規(guī)則可循所以只能透過不斷的嘗試，另外未了阻絕多于的能量散到其它地方，于線圈的未感應側都會家上磁性材料，這類的材料特性也是全新的應用。

d. 整流器：由于在線圈上的操作都是高頻率、高電壓的能量訊號需要能有效的換成直流電才能給受電裝置使用，目前大多采用超低VF的蕭特基二極管所構成。

e. 濾波與穩(wěn)壓器：這部份難度在接收裝置空間有限，設計上要小型化的困難處，通常高轉換效率的電路配置大體積被動零件。

先前提到無線充電系統(tǒng)與電磁爐一樣會發(fā)射電磁波能量，這有兩大問題:

其一為當發(fā)射器上沒有放目標充電裝置時一樣在發(fā)射能量，長時間下會造成能源的浪費，不符合現在產品節(jié)能的趨勢。另外一個問題較嚴重，為當發(fā)射器上放的是金屬異物，電磁波對其加熱;這個狀況輕則燒毀裝置，重則發(fā)生火災危其人員生命財產。所以無線充電系統(tǒng)若要上市銷售，必需要有一個重要的功能即為「受電端目標物辨識」，當正確的目標物放置在發(fā)射器上才開始送電，若不是的話則不送電。用來偵測近距離裝置的方法有很多，但在無線充電系統(tǒng)上有一個問題就是無法采用昂貴的零件來完成這個功能，記住目前設計的只是一個充電器，若成本太高的話市場會無法接受這個功能。

而目前有兩個實用的方法來完成這個功能： 1. 磁力激活：在受電端上裝一個磁鐵，當發(fā)射端感應到磁力后開始發(fā)送能量，這個方法簡單有效，因為沒有人會無意中放一個磁鐵在發(fā)射器上讓它燒毀。