淺談無線充電的規格與控制器

比較注意智慧型手機產品的人,可能會發現最近幾款屬於旗艦級的新產品加入了無線充電功能,對許多人而言,不需要插上電線就可以充電實在有點神奇,這是怎麼辦到的?想要使用無線充電功能,需要搭配什麼裝置?

其實無線充電並不是現在才出現的高科技產品,過去就已經有些電器產品採用這種充電方式,而應用在手機上也很早就出現,以前PHS系統剛引進時,大家很熟悉的J88手機便是使用無線充電,只要將手機放在充電座上即可。然而不論是 J88或是其它電器,這些裝置採用的無線充電大都是自有規格,既無法互通,也沒有其它用途。

這幾年因為數位裝置數量大增,無線充電因不需使用實體連接線,充電方便,於是不少廠商結合一起推出新一代、規格化的無線充電技術。

現階段的無線充電大致採用二種技術,即磁感應(Magnetic Induction,MI)以及磁共振(Magnetic Resonance,MR)。磁感應技術目前應用較為普及,其簡單的工作原理就是發送端將電力透過線圈產生磁場,而接收端則是利用線圈感應發射端的磁場產生電力,如此達到以無線方式傳遞能量。採用這種技術時,發送端與接收端的線圈需要很靠近(Tightly Coupled),並且要對準位置,才能擁有較好的效率。

由於二端的線圈需要對準與靠近,充電板上的線圈就有不同的設計,除了以導引方式讓使用者可以精確的擺上需要充電的裝置,或者是將充電板內的線圈做成可動方式外,最好的方式還是設計成讓使用者任意擺設裝置的位置,現階段可以採用多個線圈組成陣列方式,當裝置擺上之後,系統會自動偵測裝置的位置,看那一個線圈與裝置能擁有最大的效率後,再將其它線圈關閉。

至於磁共振方式,目前真正商品化的產品還不多,它的發送端利用線圈創造一個開放性的磁場區域,接收端的線圈在進入此區域後,即可將磁場轉換成電力。磁共振技術可說是調整過的磁感應技術,它可讓發送端與接收端的距離較遠一點,甚至高低不同也可以使用(Loose Couoling),使用的自由度較高。

現階段不論是MI或MR都有組織或企業支持,MI無線充電目前有二大陣營,分別是WPC(Wireless Power Consotium,WPC)與PMA(Power Matters Alliance)。WPC目前擁有一百四十多個會員,成員包括半導體、手機、電器等製造商,其制定的規格就是目前市場上較常見的Qi(氣)無線充電產品,Qi無線充電所傳遞的功率一般設在5W以下,適合小型電子裝置使用。至於後來成立的PMA,目前成員也不斷持續增加中,主要會員有Google、AT&T、Starbucks、htc、三星等,現階段已經推出Type 1與Type 2二個規格。

採用MR技術則有Alliance for Wireless Power(A4WP),主要採用Qualcomm WiPower技術,目前也有許多廠商加入此聯盟。另外Intel亦採用 MR推出概念性的無線充電技術,其設計是將發送端設置在筆記型電腦上,支援此技術的手機只要放在筆記型電腦旁就可以充電。就現階段來看,MR技術似乎還未有真正的商品推出。

回到MI技術上,目前WPC與PMA二個組織推出的技術其實很相近,最大的差別在於頻率(Power Frequency),WPC採用100K~205KHz,而PMA Type I為277KHz~357KHz,Type 2則是118KHz~153KHz。

不論是採用何種技術,其發送端與接收端都需要一個控制器與相關電路設計。現階段 IDT已經推出 IDTP9030發送端控制器與IDTP9020接收端控制器,這組控制器是符合WPC規格的產品,較競爭對手擁有更好的整合性,需要搭配的零組件也比較少。前面提到WPC與PMA二個陣營規格,因 PMA會員有不少市場知名品牌,後續發展似乎不錯,IDT順勢推出業界第一款同時支援WPC與PMA二種規格的接收端控制器IDTP9021。裝置使用IDT這顆新推出的接收端晶片後,不論是使用WPC Qi或是PMA的充電板皆可,不用擔心無法使用。

IDT這款IDTP9021產品可算是IDTP9020的升級版本,許多特色類似,像具有獨立的通訊與協定管理,強大的異物偵測(Foreign Object Detection,FOD)來確保無線充電時的安全性等,加上完整的整合性,讓外部搭配的零件數大幅減少。雙模接收晶片的推出,可讓製造商不用費心挑選支援的標準,相信可以有效促進無線充電產品的推出。

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