MI/MR規格標準化　無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品加速普及

　　磁感應(MI)與磁共振(MR)是實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電的兩大技術(shù)類(lèi)型，各自擁有不同的技術(shù)特性與優(yōu)勢;近期在無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)與AirFuel聯(lián)盟大舉推動(dòng)下，相關(guān)標準的發(fā)展已更趨完整，晶片方案也陸續出籠，可望擴大無(wú)線(xiàn)充電應用普及。

　　無(wú)線(xiàn)充電在最近加緊腳步進(jìn)行標準化、策略結盟和技術(shù)整合之前，市場(chǎng)一直處于紛亂局面。這個(gè)市場(chǎng)的規模預估在接下來(lái)的幾年會(huì )達到幾十億美元的產(chǎn)值，而由于開(kāi)發(fā)、整合相關(guān)解決方案所需的資源和知識十分可觀(guān)，該市場(chǎng)已經(jīng)成為少數幾家一線(xiàn)公司的天下。

　　無(wú)線(xiàn)充電助臂力　網(wǎng)路生活好Easy

　　實(shí)體線(xiàn)纜是很不好的。它們會(huì )磨損或斷裂，連接處亦會(huì )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(xiàn)纜時(shí)，在此之前，重心是放在無(wú)線(xiàn)數據上，主要是由無(wú)線(xiàn)乙太網(wǎng)路和藍牙所驅動(dòng)。

　　盡管無(wú)線(xiàn)化有許多潛在和明顯的好處，歷史顯示，無(wú)線(xiàn)技術(shù)被市場(chǎng)接受需要時(shí)間醞釀。乙太網(wǎng)路在1973年發(fā)明的時(shí)候，原本是要作為無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，因此才稱(chēng)為乙太(Ether)，但早期的作法卻只用電纜，且持續了至少20年。

　　無(wú)線(xiàn)電源領(lǐng)域的鴻溝更是大得多了。無(wú)線(xiàn)電源的歷史可往回追溯到1831年，當時(shí)Michael Faraday發(fā)現了電磁感應。這技術(shù)在1891年Nikola Tesla以電感和電容耦合，成功實(shí)現無(wú)線(xiàn)電源傳輸后再次興起，然后就沒(méi)動(dòng)靜了。

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

　　2006年麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員的報告指出，他們發(fā)現一個(gè)有效率的方法，可在距離幾公尺的線(xiàn)圈之間傳輸電力。這個(gè)由Marin Solja?i?所帶領(lǐng)的研究團隊用理論說(shuō)明，他們可以利用共振來(lái)增加線(xiàn)圈之間的距離。

　　在21世紀之初，行動(dòng)計算快速發(fā)展。消費者可攜帶行動(dòng)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(wú)所不在，無(wú)線(xiàn)連結變得成熟，消費者可在行動(dòng)間收發(fā)電子郵件和上網(wǎng)通訊，一直到行動(dòng)裝置電源用盡為止。

　　沒(méi)有了電源，我們21世紀的行動(dòng)裝置用戶(hù)變得綁手綁腳的，非得要到有電源插座的墻壁，插入電源線(xiàn)充電，然后才可再繼續他們毫無(wú)顧忌的行動(dòng)生活。

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

　　確立標準互通性　無(wú)線(xiàn)充電市場(chǎng)百花盛開(kāi)

　　無(wú)線(xiàn)充電的成功將會(huì )建基于高科技和實(shí)用主義的組合。無(wú)需電源線(xiàn)的電力傳輸所帶來(lái)的挑戰已獲得解決且正快速演化中，需要簡(jiǎn)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(shí)，至少永遠不必擔心忘了帶充電器或電源線(xiàn)，能對此產(chǎn)品做廣泛的采用，使其遍地開(kāi)花。

　　早期的無(wú)線(xiàn)充電系統通常是在售后市場(chǎng)上銷(xiāo)售，但常被視為某種科技玩具，不是傳統轉接器和電源線(xiàn)的可行替代品。當時(shí)市場(chǎng)上販售的系統相當笨重，體積也大，且行動(dòng)裝置須先插入充電套才可放置在充電墊上充電。零售價(jià)格也很高，通常一個(gè)完整的系統要超過(guò)100美元，且消費者需要隨身攜戴這個(gè)充電器，還得小心地看護著(zhù)它。當時(shí)無(wú)線(xiàn)充電未被采納，因為使用上太不方便。相較之下，電源線(xiàn)在當時(shí)就是比較簡(jiǎn)單、比較輕，也比較便宜。

　　這個(gè)技術(shù)若要成功，那么優(yōu)雅且平價(jià)的技術(shù)解決方案和市場(chǎng)接受度就成了關(guān)鍵的先決條件。市場(chǎng)接受度提高，吸引更多供應商進(jìn)入此市場(chǎng)，增加創(chuàng )新，最終驅使成本下降到市場(chǎng)可廣泛接受的程度。歷史已向我們顯示，在市場(chǎng)形成的初期階段，競爭性的解決方案和標準，無(wú)論是正式定義的或現狀的，對產(chǎn)生所需的接納度是很具關(guān)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(chǎng)的成長(cháng)就會(huì )加速得更快。

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

　　圖1　無(wú)線(xiàn)電源傳輸器和接收器的全球市場(chǎng)營(yíng)收分析(單位：百萬(wàn)美元)

　　無(wú)線(xiàn)充電標準大亂斗

　　如同許多其它新興市場(chǎng)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)，而無(wú)線(xiàn)電源也不例外;但跡象顯示，標準調整與整合已出現曙光。

　　主要的市場(chǎng)參與者，包括軟體和零組件公司、手機制造商和網(wǎng)路營(yíng)運商，攜手合作開(kāi)發(fā)所需的標準，使不同制造商的充電系統和行動(dòng)裝置之間的互通性得以實(shí)現。

　　早期有三個(gè)主要的集團爭奪無(wú)線(xiàn)電源的領(lǐng)導地位，它們是無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(Wireless Power Consortium, WPC)、無(wú)線(xiàn)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(guò)這兩個(gè)集團董事會(huì )的投票通過(guò)。接著(zhù)在2015年的11月12日，一個(gè)新合并的標準組織宣告成立，其名稱(chēng)為AirFuel Alliance。

　　AirFuel Alliance目前有超過(guò)195個(gè)成員，其董事會(huì )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(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟目前則擁有227個(gè)成員，其管理董事會(huì )/指導委員會(huì )系由下列公司所組成：無(wú)線(xiàn)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(lè )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(shù)

　　實(shí)質(zhì)上，磁感應(MI)充電背后的原理和技術(shù)和今日全世界十幾億人口所使用的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)非常類(lèi)似。

　　在最簡(jiǎn)單的形式下，交流電源電壓進(jìn)入無(wú)線(xiàn)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。

　　在傳統的SMPS中，此高頻交流波形接著(zhù)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(shuō)法是，在SMPS中，變壓器是個(gè)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，二次側則內建于接收器之中，而這接收器就是被充電的行動(dòng)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(jìn)行，且在這兩個(gè)磁場(chǎng)之間的耦合是很松散的。但是，當符合某些基本條件時(shí)(充電器和設備的間距、線(xiàn)圈大小和相對于線(xiàn)圈大小的線(xiàn)圈之間的距離)，就會(huì )產(chǎn)生良好的耦合，進(jìn)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(lài)實(shí)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(gè)墊子上，當充電器偵測到這個(gè)裝置時(shí)就會(huì )開(kāi)始充電。

　　根據WPC的說(shuō)法，運作MI充電器的傳輸線(xiàn)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(xiàn)圈非常必須非?？拷?，且線(xiàn)圈與受電端對齊的情況會(huì )對充電效果產(chǎn)生明顯影響。在使用時(shí)，這個(gè)裝置必須被很小心地放置好，且在充電過(guò)程中不可被碰撞到。使用多重線(xiàn)圈傳輸器可降低這個(gè)敏感性，且也可同時(shí)對多個(gè)行動(dòng)裝置進(jìn)行充電。

　　比較磁感應與磁共振堆疊方式

　　在無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域中，有兩個(gè)新興的基礎技術(shù)，即先前描述的磁感應和磁共振(MR)。在這無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域中，有兩個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的比較來(lái)說(shuō)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(shí)，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(wú)法與磁感應的最佳效果相比。下面圖3證明這個(gè)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(shù)在位移最小時(shí)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(shí)，也無(wú)法獲得和磁感應相同的效能，但當位移增加時(shí)，其效率不會(huì )像磁感應那么快速下降。

　　基礎設施/用戶(hù)齊成長(cháng)　無(wú)線(xiàn)電源商機大噴發(fā)

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的易得性和易用性，將會(huì )在市場(chǎng)普及過(guò)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(huì )影響原始設備制造商(OEM)將此技術(shù)整合到家具、汽車(chē)、機場(chǎng)、咖啡廳、火車(chē)和其它類(lèi)似場(chǎng)合的意愿。

　　雖然電池技術(shù)正在快速演進(jìn)，使用者需求和對行動(dòng)裝置的依賴(lài)也不斷增加，因此對“移動(dòng)中”充電的需求也必定將增加，舉例來(lái)說(shuō)，當行動(dòng)裝置變成主要的購物付款工具時(shí)，就會(huì )變得不可或缺了。然而，制造商、零售商和服務(wù)業(yè)者會(huì )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(hù)使用嗎?設備制造商會(huì )將充電線(xiàn)圈包含在其行動(dòng)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(hù)群必須一起成長(cháng)，才可實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電的價(jià)值。

　　檢視最近的產(chǎn)品公告，我們會(huì )發(fā)現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(gè)充電技術(shù)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(wú)線(xiàn)充電包含在產(chǎn)品中的趨勢進(jìn)入到2013年時(shí)，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(dòng)穿戴裝置風(fēng)潮的Apple Watch也包含了無(wú)線(xiàn)充電，且2015年稍早時(shí)，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(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，這是通用相容性的開(kāi)端。

　　在充電這一端，三星已經(jīng)將一個(gè)以Qi為基礎的無(wú)線(xiàn)充電功能整合到他們最新的LED監視器中。行動(dòng)裝置放于監視器支架上，可在你觀(guān)看時(shí)、工作時(shí)或上網(wǎng)時(shí)充電。

　　當這進(jìn)展變得快速且明確并走上加速的途徑上，預估的指數增長(cháng)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(shù)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(guò)程。IKEA正在銷(xiāo)售內建此科技的家具。

　　更有趣的是，他們還提供相關(guān)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(wú)線(xiàn)充電的大眾化增加動(dòng)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(shū)館，以及一整串的其他業(yè)者，在沒(méi)有技術(shù)專(zhuān)長(cháng)的情況下整合這個(gè)技術(shù)，而無(wú)線(xiàn)充電發(fā)展的唯一限制將是人們的想像力。

　　目前市場(chǎng)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(chǎng)驗證的IDT無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)充電變得容易、實(shí)用且負擔得起，無(wú)需投資即可獲得公司內部的無(wú)線(xiàn)技術(shù)相關(guān)知識。

　　事實(shí)上，無(wú)線(xiàn)充電晶片商已投注大量資源做自我提升并移除了此技術(shù)和市場(chǎng)的進(jìn)入壁壘，并將他們的知識、專(zhuān)業(yè)和市場(chǎng)領(lǐng)先的技術(shù)內建到簡(jiǎn)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，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(wú)線(xiàn)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(shí)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(jiǎn)單和更快速。此外，這種高整合方案使系統設計者，在與早期以離散組件構成的無(wú)線(xiàn)充電系統的比較上，能夠獲得大量物料和工程成本的節約。