MI/MR規(guī)格標準化　無線充電產(chǎn)品加速普及

　　磁感應(MI)與磁共振(MR)是實現(xiàn)無線充電的兩大技術類型，各自擁有不同的技術特性與優(yōu)勢;近期在無線充電聯(lián)盟(WPC)與AirFuel聯(lián)盟大舉推動下，相關標準的發(fā)展已更趨完整，晶片方案也陸續(xù)出籠，可望擴大無線充電應用普及。

　　無線充電在最近加緊腳步進行標準化、策略結盟和技術整合之前，市場一直處于紛亂局面。這個市場的規(guī)模預估在接下來的幾年會達到幾十億美元的產(chǎn)值，而由于開發(fā)、整合相關解決方案所需的資源和知識十分可觀，該市場已經(jīng)成為少數(shù)幾家一線公司的天下。

　　無線充電助臂力　網(wǎng)路生活好Easy

　　實體線纜是很不好的。它們會磨損或斷裂，連接處亦會松脫或受損，更別提人為疏忽、遺失或讓人被絆倒。此刻當我們嘗試擺脫線纜時，在此之前，重心是放在無線數(shù)據(jù)上，主要是由無線乙太網(wǎng)路和藍牙所驅動。

　　盡管無線化有許多潛在和明顯的好處，歷史顯示，無線技術被市場接受需要時間醞釀。乙太網(wǎng)路在1973年發(fā)明的時候，原本是要作為無線通訊技術，因此才稱為乙太(Ether)，但早期的作法卻只用電纜，且持續(xù)了至少20年。

　　無線電源領域的鴻溝更是大得多了。無線電源的歷史可往回追溯到1831年，當時Michael Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應。這技術在1891年Nikola Tesla以電感和電容耦合，成功實現(xiàn)無線電源傳輸后再次興起，然后就沒動靜了。

　　在整個20世紀，我們都忙于用半導體來取代閥門、將人類送上外太空、和一頭栽進全球資訊網(wǎng)(World Wide Web)。

　　2006年麻省理工學院(MIT)研究人員的報告指出，他們發(fā)現(xiàn)一個有效率的方法，可在距離幾公尺的線圈之間傳輸電力。這個由Marin Solja?i?所帶領的研究團隊用理論說明，他們可以利用共振來增加線圈之間的距離。

　　在21世紀之初，行動計算快速發(fā)展。消費者可攜帶行動裝置，其計算功能比起20年前他們的桌上電腦要強大許多。網(wǎng)際網(wǎng)路變得無所不在，無線連結變得成熟，消費者可在行動間收發(fā)電子郵件和上網(wǎng)通訊，一直到行動裝置電源用盡為止。

　　沒有了電源，我們21世紀的行動裝置用戶變得綁手綁腳的，非得要到有電源插座的墻壁，插入電源線充電，然后才可再繼續(xù)他們毫無顧忌的行動生活。

　　電源線就算尚未走到死胡同，也快要到盡頭了，至少就行動裝置充電的角度而言是如此。無線充電就要成為人們所想要的行動裝置充電方式，這些裝置包括智慧型手機、平板電腦以及話機/平板混合體，亦稱為“平板手機(Phablet)”。

　　確立標準互通性　無線充電市場百花盛開

　　無線充電的成功將會建基于高科技和實用主義的組合。無需電源線的電力傳輸所帶來的挑戰(zhàn)已獲得解決且正快速演化中，需要簡化、安全性、可靠度、和單純的方便性，以確保一旦消費者了解到這些好處時，至少永遠不必擔心忘了帶充電器或電源線，能對此產(chǎn)品做廣泛的采用，使其遍地開花。

　　早期的無線充電系統(tǒng)通常是在售后市場上銷售，但常被視為某種科技玩具，不是傳統(tǒng)轉接器和電源線的可行替代品。當時市場上販售的系統(tǒng)相當笨重，體積也大，且行動裝置須先插入充電套才可放置在充電墊上充電。零售價格也很高，通常一個完整的系統(tǒng)要超過100美元，且消費者需要隨身攜戴這個充電器，還得小心地看護著它。當時無線充電未被采納，因為使用上太不方便。相較之下，電源線在當時就是比較簡單、比較輕，也比較便宜。

　　這個技術若要成功，那么優(yōu)雅且平價的技術解決方案和市場接受度就成了關鍵的先決條件。市場接受度提高，吸引更多供應商進入此市場，增加創(chuàng)新，最終驅使成本下降到市場可廣泛接受的程度。歷史已向我們顯示，在市場形成的初期階段，競爭性的解決方案和標準，無論是正式定義的或現(xiàn)狀的，對產(chǎn)生所需的接納度是很具關鍵性的。一旦一致性的標準存在了，且制造商和標準之間的互通性確立了，市場的成長就會加速得更快。

　　IHS Technology在2014年發(fā)表其無線電源報告時，預測無線電源傳輸器和接收器的出貨金額會從2013年的2億1千6百萬美元上升到2018年的85億美元，幾乎增長40倍(圖1)。

　　圖1　無線電源傳輸器和接收器的全球市場營收分析(單位：百萬美元)

　　無線充電標準大亂斗

　　如同許多其它新興市場一樣，整合之前總有分歧(例如VHS和Betamax之間的錄影帶格式大戰(zhàn))，而無線電源也不例外;但跡象顯示，標準調整與整合已出現(xiàn)曙光。

　　主要的市場參與者，包括軟體和零組件公司、手機制造商和網(wǎng)路營運商，攜手合作開發(fā)所需的標準，使不同制造商的充電系統(tǒng)和行動裝置之間的互通性得以實現(xiàn)。

　　早期有三個主要的集團爭奪無線電源的領導地位，它們是無線充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium, WPC)、無線電力聯(lián)盟(The Alliance For Wireless Power, A4WP)、以及電力事業(yè)聯(lián)盟(The Power Matters Alliance, PMA)。在2014年初，A4WP和PMA同意聯(lián)手合作，并于2015年6月1日通過這兩個集團董事會的投票通過。接著在2015年的11月12日，一個新合并的標準組織宣告成立，其名稱為AirFuel Alliance。

　　AirFuel Alliance目前有超過195個成員，其董事會成員公司包括AT&T、博通(Broadcom)、金頂(Duracell)、偉創(chuàng)力(Flextronics)、吉爾電子(Gill Electronics)、Integrated Device Technologies(IDT)、英特爾(Intel)、聯(lián)發(fā)科(MediaTek)、安森美(ON Semiconductor)、Powermat Technologies、高通(Qualcomm)、三星電子(Samsung Electronics)、三星電機(Samsung Electro-Mechanics)、升特(Semtech)、星巴克(Starbucks)、WiTricity。

　　該無線充電聯(lián)盟目前則擁有227個成員，其管理董事會/指導委員會系由下列公司所組成：無線聯(lián)電科技(ConvenientPower)、Delphi Automotive Systems LLC、DongYang E&P、飛思卡爾(Freescale)、Fulton Innovation、海爾(Haier)、HTC、IDT、禮恩派(Leggett & Platt)、樂金(LG)、微軟(Microsoft)、諾基亞(Nokia)、松下(Panasonic)、飛利浦(Philips)、PowerbyProxi、Qualcomm、羅姆(ROHM)、三星(Samsung)、索尼(Sony)、意法半導體(ST)、德州儀器(TI)、東芝(Toshiba)、威瑞森(Verizon)。 磁感應充電技術

　　實質上，磁感應(MI)充電背后的原理和技術和今日全世界十幾億人口所使用的開關模式電源(SMPS)非常類似。

　　在最簡單的形式下，交流電源電壓進入無線發(fā)射器/充電器，并經(jīng)由整流器轉換成直流電。然后被“切碎”成高頻交流訊號。MI充電頻率通常介于100k～200kHz。

　　在傳統(tǒng)的SMPS中，此高頻交流波形接著被傳送到磁耦合變壓器，以便于再次整流電壓以供應直流負載之前，改變電壓的電平。

　　或許最容易瞭解這些相似性和差異性的說法是，在SMPS中，變壓器是個單一組件，由鐵或氧化鐵所制造的一次側與二次側組成。在MI中，電壓器是分離的。

　　一次側是發(fā)送器/充電器的一部分，二次側則內(nèi)建于接收器之中，而這接收器就是被充電的行動裝置。

　　明顯的差異是，在MI中，是一次側和二次側之間的耦合是在空氣中進行，且在這兩個磁場之間的耦合是很松散的。但是，當符合某些基本條件時(充電器和設備的間距、線圈大小和相對于線圈大小的線圈之間的距離)，就會產(chǎn)生良好的耦合，進而便輸送電力(圖2)。

　　圖2　經(jīng)由磁感應充電的電力移轉基本原理

　　MI充電依賴實體充電器(通常是充電墊的形式)。要充電的裝置被放置在這個墊子上，當充電器偵測到這個裝置時就會開始充電。

　　根據(jù)WPC的說法，運作MI充電器的傳輸線圈，其頻率與接收器的共振頻率稍為不同，可確保最高的電源和效率。但也因此使得傳輸和接收線圈非常必須非?？拷?，且線圈與受電端對齊的情況會對充電效果產(chǎn)生明顯影響。在使用時，這個裝置必須被很小心地放置好，且在充電過程中不可被碰撞到。使用多重線圈傳輸器可降低這個敏感性，且也可同時對多個行動裝置進行充電。

　　比較磁感應與磁共振堆疊方式

　　在無線充電領域中，有兩個新興的基礎技術，即先前描述的磁感應和磁共振(MR)。在這無線充電領域中，有兩個相互競爭的優(yōu)先考量，且在某種程度上，何種方案較為理想要視應用需求而定。

　　將這兩種方法用一個簡單的比較來說明在應用中主要的差異：磁感應需要緊密耦合，且當X/Y位移在最小時，可獲得最高的效率。然而，磁共振可有較好的空間自由度，雖然無法與磁感應的最佳效果相比。下面圖3證明這個差異，顯示MI的“集中性”和相對于MR的“寬闊性”。

　　圖3　磁感應技術在位移最小時可獲得較大的效率水準。磁共振即使在傳送器和接收器緊密靠在一起時，也無法獲得和磁感應相同的效能，但當位移增加時，其效率不會像磁感應那么快速下降。

　　基礎設施/用戶齊成長　無線電源商機大噴發(fā)

　　無線充電技術的易得性和易用性，將會在市場普及過程中扮演重要角色。易得性與易用性不只影響終端裝置使用者，也會影響原始設備制造商(OEM)將此技術整合到家具、汽車、機場、咖啡廳、火車和其它類似場合的意愿。

　　雖然電池技術正在快速演進，使用者需求和對行動裝置的依賴也不斷增加，因此對“移動中”充電的需求也必定將增加，舉例來說，當行動裝置變成主要的購物付款工具時，就會變得不可或缺了。然而，制造商、零售商和服務業(yè)者會在使用者族群夠大之前不斷投資建立充電站，以便吸引更多用戶使用嗎?設備制造商會將充電線圈包含在其行動裝置中，直到消費者可很容易接觸到這些充電站嗎?基礎設施和用戶群必須一起成長，才可實現(xiàn)無線充電的價值。

　　檢視最近的產(chǎn)品公告，我們會發(fā)現(xiàn)在這方面的投資和接受度正在增加，也許比我們最初預期的要快得多。Qi充電已于2012年9月整合在Nokia Lumia 820和920產(chǎn)品中。這個充電技術亦已存在于Google/LG的Nexus 4產(chǎn)品、摩托羅拉(Motorola) Mobility的Droid 3和4的產(chǎn)品、以及HTC的Droid DNA產(chǎn)品中。將無線充電包含在產(chǎn)品中的趨勢進入到2013年時，加入了三星(Samsung)Galaxy S4和Google與華碩合作的Nexus 7以及與LG合作的Nexus 5產(chǎn)品中。

　　帶動穿戴裝置風潮的Apple Watch也包含了無線充電，且2015年稍早時，三星宣布旗艦S6、S6 Edge和S6 Edge+產(chǎn)品包含與Qi和PMA相容的無線充電技術，這是通用相容性的開端。

　　在充電這一端，三星已經(jīng)將一個以Qi為基礎的無線充電功能整合到他們最新的LED監(jiān)視器中。行動裝置放于監(jiān)視器支架上，可在你觀看時、工作時或上網(wǎng)時充電。

　　當這進展變得快速且明確并走上加速的途徑上，預估的指數(shù)增長需要大量OEM的支持，而不只是“一級”公司的支持。理想的情況是，對此技術的接觸將大眾化到許多的小公司，且最終達到消費者本身。

　　一些主要的參與者正致力于這大眾化的過程。IKEA正在銷售內(nèi)建此科技的家具。

　　更有趣的是，他們還提供相關安裝套件，讓消費者可以自行把充電墊安裝在任何地方。這樣的作法可為無線充電的大眾化增加動力。

　　模組化解決方案的容易取得也可讓小型家具供應商、餐廳老板、圖書館，以及一整串的其他業(yè)者，在沒有技術專長的情況下整合這個技術，而無線充電發(fā)展的唯一限制將是人們的想像力。

　　目前市場上已有業(yè)者，如IDT宣布推出一系列的即插即用套件。這些預先設定組態(tài)的傳送器和接收器建構于經(jīng)市場驗證的IDT無線電源半導體上，且包括容易使用的參考印刷板和廣泛的支援材料。這些套件讓公司整合無線充電變得容易、實用且負擔得起，無需投資即可獲得公司內(nèi)部的無線技術相關知識。

　　事實上，無線充電晶片商已投注大量資源做自我提升并移除了此技術和市場的進入壁壘，并將他們的知識、專業(yè)和市場領先的技術內(nèi)建到簡單的模組，使幾乎所有的人皆可受惠使用。利用這些解決方案，在大約200秒內(nèi)，一位工程師就可成功地將一套經(jīng)由金屬支架插角充電的頭戴耳機轉換成一套無線充電的頭戴耳機。

　　這些套件所包含的介紹影片、使用者手冊、異物檢測(FOR)調整指南、布局指南、布局實例化模組、原理圖、物料清單(BOM)、Gerber檔案和其他項目，讓建立新應用變得比較簡單和更快速。此外，這種高整合方案使系統(tǒng)設計者，在與早期以離散組件構成的無線充電系統(tǒng)的比較上，能夠獲得大量物料和工程成本的節(jié)約。