減少充電耗能的無(wú)線(xiàn)充電應用

多裝置同時(shí)充電應用 無(wú)線(xiàn)充電方案節能效益更大

而討論無(wú)線(xiàn)充電應用方案，大家關(guān)心的不只是更炫、更便捷的IT/3C周邊充電效益，反而是進(jìn)階升級了無(wú)線(xiàn)充電方案后，會(huì )不會(huì )因為日常充電需求而徒增了整體的總耗電量?基本上這必須從多方面進(jìn)行檢視，因為對于電子產(chǎn)品的耗電量統計，會(huì )因為用戶(hù)的使用習慣不同、充電應用方式差異而有極大的計算差距。若評估時(shí)，采取多數用戶(hù)的預設應用情境作為基礎，例選用一組無(wú)線(xiàn)充電Tx取代數個(gè)充電器(目前無(wú)線(xiàn)充電Tx已可同時(shí)支援多Rx裝置同時(shí)充電)，在這種使用基礎下無(wú)線(xiàn)充電解決方案的導入效益會(huì )更高，因為節約了不只一組有線(xiàn)的充電器，而節省了數個(gè)有線(xiàn)充電器的空載功耗浪費。

以符合「Energy Start」綠色能源應用標章的AC電源充電器微粒，5W的電源充電器在能源轉換效率約在70~75%左右，而5W功率的充電器一般在平均耗電量為0.1~0.15W,如果用戶(hù)習慣不佳，多數使用者在完成充電后多半不會(huì )去拔掉電源充電器，而會(huì )持續將充電器插在電源插座整天、甚至數個(gè)月之久，這種使用情境會(huì )令整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的功耗產(chǎn)生極大的損耗!

傳統充電器單價(jià)低 空載耗能往往造成更大浪費

例如，若5W充電器在進(jìn)行充電過(guò)程中的耗能約產(chǎn)生2~3W的供應電源，取較高3W計算一小時(shí)的充電時(shí)間，搭配能源轉換效率為70%的設計方案，等于在充電過(guò)程已產(chǎn)生一小時(shí)4.3W耗電，若充電器插在電源插座一整天(即23小時(shí)空載/1小時(shí)進(jìn)行充電程序)，那代表23小時(shí)內每小時(shí)損耗0.15W電能，23小時(shí)總產(chǎn)生3.45W耗能，充電時(shí)的耗能加上空載耗能等于整天下來(lái)?yè)p失了7.75W.

從計算過(guò)程會(huì )發(fā)現，傳統充電器的消耗能量，會(huì )因為待機空負載的耗能白白浪費能源，若是以?xún)蓚€(gè)充電器在近似的使用情境下使用，等于是一天光兩組充電器就會(huì )損耗15.5W能源。以此為基礎來(lái)對比無(wú)線(xiàn)充電解決方案時(shí)，即便目前透過(guò)無(wú)線(xiàn)機制傳送的電能會(huì )有近30%的功耗損失，但因為多充電設備的無(wú)線(xiàn)充電盤(pán)進(jìn)行整合，只要能在空載功耗有效壓低在100mW,只要是一組以上的有線(xiàn)充電器應用條件，無(wú)線(xiàn)充電器的整體功耗就可明顯優(yōu)于有線(xiàn)充電器方案。

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)設計復雜 線(xiàn)圈尺寸、角度、傳輸方式都會(huì )影響能量傳遞

再來(lái)觀(guān)察無(wú)線(xiàn)充電設計方案的塬理與結構，無(wú)線(xiàn)充電解決方案，主要是利用能量轉換成無(wú)線(xiàn)傳輸后，利用感應耦合電能的傳輸過(guò)程，進(jìn)行電能的無(wú)線(xiàn)傳遞，基本上由Tx(發(fā)射端)將交流電通過(guò)線(xiàn)圈形成磁場(chǎng)后，再利用Rx(接收端)的線(xiàn)圈進(jìn)行感應產(chǎn)生電壓差，而這種透過(guò)無(wú)線(xiàn)過(guò)程傳遞在Rx端線(xiàn)圈形成的電壓差，就可以用于直接驅動(dòng)電子裝置的供應電源，或是經(jīng)由Rx線(xiàn)路轉換變壓后形成對電池充電的電力來(lái)源。

至于電能的傳輸效率，其實(shí)決定在Tx/Rx間的耦合(k)值與品質(zhì)(Q)參數的差異，而影響耦合與品質(zhì)的關(guān)鍵相當多，例如Tx/Rx兩方的距離、相對尺寸、線(xiàn)圈設計、線(xiàn)圈角度、線(xiàn)圈形狀等都會(huì )有影響。

一般而言，要令無(wú)線(xiàn)充電的電能傳輸效率提高，有許多作法，例如將Tx/Rx之間的距離盡可能縮小，即距離越短、無(wú)線(xiàn)充電效能表現即越高!另外，Tx/Rx兩者的線(xiàn)圈尺寸差距越大，能源傳輸效率也會(huì )相對降低，若要達到無(wú)線(xiàn)充電的高效率傳遞能源目的，礙于能量的傳遞限制，應該盡可能減少Tx/Rx的距離、Tx/Rx兩方的線(xiàn)圈設計也盡可能接近采取同樣尺寸，即可達到最佳的傳輸效率。

無(wú)線(xiàn)充電解決方案已在安全性、實(shí)用性大幅改善

但在設計無(wú)線(xiàn)傳輸應用方案時(shí)，若傳輸能量密度增加，也會(huì )代表傳輸過(guò)程所造成的能量耗損將會(huì )以熱的形式耗損，亦即傳輸能量越高、充電過(guò)程產(chǎn)生的熱也會(huì )因此增加的物理現象，而對無(wú)線(xiàn)充電方案設計來(lái)說(shuō)，應最大化的針對系統問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，透過(guò)降低功率耗損的同時(shí)，也能進(jìn)一步改善充電過(guò)程所產(chǎn)生的熱問(wèn)題，如果為了提高充電能量密度提N充電效能，但卻還必須為T(mén)x與Rx設置主動(dòng)式散熱設計(如風(fēng)扇)，這就會(huì )造成強制驅動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行散熱的額外功耗浪費，與整體充電系統的電能節約設計目的產(chǎn)生沖突。

另一個(gè)無(wú)線(xiàn)充電方案較常見(jiàn)的困擾就是EMF(Electric and Magnetic Fields)問(wèn)題，因為無(wú)線(xiàn)充電是在Tx產(chǎn)生電磁場(chǎng)，透過(guò)電磁場(chǎng)的形成、與Rx端線(xiàn)圈進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電能的感應與轉換，而為了強化充電效能，勢必得加強Tx的電磁能量，即便是我們生活的環(huán)境也充斥著(zhù)各種強度的電磁場(chǎng)，但實(shí)際上無(wú)線(xiàn)充電Tx所形成的電磁場(chǎng)一樣會(huì )令使用者產(chǎn)生健康疑慮。

而以無(wú)線(xiàn)充電解決方案，所使用的電磁頻譜為例，一般都是非電離層區段，而對人體有顯著(zhù)危害的電磁場(chǎng)為電離區段為主，而非電離層區段的電波能量通常極微小，對人體組織影響不大，目前多數無(wú)線(xiàn)充電解決方案，也針對使用者應用安全部分議題，針對用戶(hù)疑慮進(jìn)行認證審核，對于使用安全疑慮也可降到最低，對于無(wú)線(xiàn)充電應用方案，除了可以帶來(lái)3C電子產(chǎn)品更便捷的使用方式外，在充電應用時(shí)導入更安全的智能控制搭配高效率主動(dòng)智能調整充電能量的設計方案，不僅可讓全載充電進(jìn)行時(shí)更為安全，也能令充電設備的空載功耗降到更低，長(cháng)期使用亦可達到節約能源之目的。