導入高效能控制演算法　MI無(wú)線(xiàn)充電提升傳輸功率

　　首先Tx端須正確解讀出來(lái)自Rx端的資料訊號，困難在無(wú)線(xiàn)充電系統中能量載波的電源雜訊相當大，當Rx端輸出為變動(dòng)負載或加大功率狀況下，其雜訊也隨之變大，此部分的雜訊難以用硬體電路濾除，當訊號已于雜訊混雜的狀況下，就須要透過(guò)軟體演算取出應有的資料訊號，這是控制的第一步，也是許多無(wú)線(xiàn)充電系統要發(fā)展提高功率的難題。要從5瓦提升到10瓦經(jīng)過(guò)數年都沒(méi)有進(jìn)展，主要就是無(wú)法解決加大功率后的資料傳輸問(wèn)題。

　　此外，Tx收到資料后要如何調整功率大小則是下一個(gè)問(wèn)題，無(wú)線(xiàn)充電供電端輸出功率控制大小有非常復雜變動(dòng)因子；其中，輸出功率變化是建立在Tx線(xiàn)圈與電容諧振上，變動(dòng)因素有驅動(dòng)電壓、Rx端靠近后其受電線(xiàn)圈上的磁性材料會(huì )影響到Tx線(xiàn)圈電感量，造成諧振曲線(xiàn)偏移、Tx與Rx相對位置會(huì )影響功率調整后的變化量等多個(gè)變動(dòng)因子，在上述狀況下，Tx卻只能靠來(lái)自Rx低速率資料進(jìn)行調整，在最重要的判別來(lái)源資料更新速度有限的狀況下，Tx上的軟體就須要對線(xiàn)圈輸出特性具有學(xué)習分析功能的演算法，收到Rx資料后，可在最少的調整次數下達到穩定目標值，復雜點(diǎn)在于影響Tx控制功率的因子較多，要設計出反饋回路與調整演算法須投入較多資源開(kāi)發(fā)。

　　金屬異物偵測建功　無(wú)線(xiàn)充電應用安全無(wú)虞

　　無(wú)線(xiàn)充電系統除效率外，另一個(gè)重要的設計考量就是安全。以產(chǎn)品來(lái)看，安全應為最優(yōu)先的考量，而安全問(wèn)題須用控制效率的技術(shù)解決，所以在文中先討論透過(guò)資料Rx到Tx資料傳送的方法進(jìn)行安全控制。無(wú)線(xiàn)充電最大的安全問(wèn)題就是金屬異物；由于Tx端本身就是一個(gè)電磁能量發(fā)射裝置，在電磁感應或磁共振式都是如此，電磁能量最大的問(wèn)題在于投射在金屬物體上會(huì )對其加熱，加熱的效率非常好，只需要10瓦的能量即可將硬幣在一分鐘內加熱到沸點(diǎn)上。

　　無(wú)線(xiàn)充電系統設計基礎就是目標識別，待機Tx端是不輸出能量的關(guān)閉狀態(tài)，對應的Rx感應并提出電源需求后，Tx才會(huì )開(kāi)始傳送電力直到Rx離開(kāi)或提出中止充電需求即關(guān)閉。在此將金屬異物分成三類(lèi)形式來(lái)討論；第一類(lèi)為在Tx端待機的狀況下，在其供電部放金屬物，此狀況因為金屬物并不會(huì )反饋資料碼到Tx啟動(dòng)電力，以目前的技術(shù)可輕易完成此一功能；第二類(lèi)為Rx的感應線(xiàn)圈周?chē)薪饘傥?，或是先放金屬物在Tx上后再將Rx壓上進(jìn)行感應，此狀況的實(shí)際可能為Rx外殼含有金屬物質(zhì)，Tx運行的狀況為有收到資料碼可以啟動(dòng)電力，但會(huì )有能量被金屬吸收加熱；第三類(lèi)為在Tx與Rx感應建立連結后，在其之間插入金屬異物，且在不破壞Tx與Rx間通訊下吸收電磁能量產(chǎn)生發(fā)熱，此為非正常使用狀況。

　　不論是有意或無(wú)意的在無(wú)線(xiàn)充電感應部放置金屬物體，系統都應有安全機制對應，防護方式大致分成兩個(gè)方向；一個(gè)在感應電力啟動(dòng)前，主動(dòng)安全機制偵測有金屬存在就不啟動(dòng)電力輸出，這個(gè)方式可以保護前述第一與第二類(lèi)的狀況；另一個(gè)被動(dòng)安全機制是在啟動(dòng)電力后，偵測Tx到Rx功耗狀況與溫度進(jìn)行保護，被動(dòng)方式在啟動(dòng)電力后，已經(jīng)對可能存在的金屬加熱一段時(shí)間，并有安全疑慮，但這也是在前述第三類(lèi)金屬異物能做的最后防線(xiàn)，被動(dòng)安全機制較為復雜，原因為干擾判別因數很多，無(wú)線(xiàn)充電系統搭配效率不良或線(xiàn)圈對應偏離都容易誤判為有金屬異物之狀況，因此目前還沒(méi)有很可靠的方式完成此功能。

　　強化充電效率　感應線(xiàn)圈技術(shù)仍待精進(jìn)

　　無(wú)線(xiàn)充電要提高效率除控制方法之外，硬體電路也相當重要。目前市售電源元件像金屬氧化物半導體場(chǎng)效電晶體（MOSFET）等性能已相當優(yōu)異，現今功率加大的瓶頸落在線(xiàn)圈與其搭配的防磁片。所謂無(wú)線(xiàn)充電Tx就像一個(gè)驅動(dòng)電磁能量到Rx端，再經(jīng)整流濾波穩壓到后端輸出，從電源輸入端看電流路徑，第一個(gè)碰到的阻礙是MOSFET元件，剛提到目前先進(jìn)的元件其阻抗都可以做到低于10毫歐姆（mΩ）以下，電流經(jīng)過(guò)諧振電容到線(xiàn)圈后完成驅動(dòng)端的電流循環(huán)，其中電容只要選對材質(zhì)，其在交流下阻抗會(huì )極低，且幾乎看不到損耗。

　　不過(guò)，線(xiàn)圈的問(wèn)題較為麻煩，現在無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈上除了本身有阻抗之外，還有交流電流在導線(xiàn)上形成渦電流與防磁片交互作用，其等效阻抗遠大于其他元件，所以用熱分析儀去觀(guān)察就會(huì )看到線(xiàn)圈導線(xiàn)是整個(gè)系統溫度最高的部分（圖1），因此效率若要再提高，需要在線(xiàn)圈技術(shù)方面進(jìn)一步精進(jìn)，這方面產(chǎn)業(yè)界正持續努力。

　　圖1 從無(wú)線(xiàn)電力系統運作期間的熱影像，可看線(xiàn)圈的溫度最高，Rx端整流與穩壓元件也會(huì )發(fā)熱，Tx電路則幾乎沒(méi)有發(fā)熱。

　　綜上所述，目前電磁感應式無(wú)線(xiàn)電力系統在有安全控制機制下，已經(jīng)有晶片商可在Tx與Rx實(shí)作100瓦的接收端輸出功率（圖2），而且效率可達85%以上，藉此可知的是系統