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WPC无线充电 加入异物侦测/迈向中功率
  无线充电技术已成为品牌厂创造产品差异的重要利器,特别是无线充电联盟(WPC)所制定的Qi技术标准,更已广为业界采用。目前,WPC正积极研拟新版规格,将增加金属异物侦测功能,并提高充电功率,以进一步巩固市场主流地位。

 

  随着科技的日新月异,各大电子厂商莫不绞尽脑汁,推出各项前瞻技术,期待能吸引消费者的目光并带给人类更便利的生活,无线充电技术及产品便是在这样的潮流下应运而生。现阶段已有不少国际品牌的智慧型手机具备无线充电功能,包括诺基亚(Nokia)、三星(Samsung)、乐金(LG)、宏达电等。尽管目前市场上无线充电三大联盟各有拥护者,但以支援电磁感应技术的无线充电联盟(Wireless Power Consortium WPC)的Qi标准最为成熟,该组织不仅参与厂商最多,已采用Qi标准的相关产品也最多,成为市场主要推手。

 

  WPC为无线充电标准发展先锋

 

  WPC采用之电磁感应理论来自于法拉第电磁理论,一线圈通电后会产生磁通量,进而感应周遭线圈产生电流,转换效率可高达70%以上。

 

  .电磁能转换

 

  利用电力转为磁力,再经过磁力转为电力的方式,就是电磁能量的转换。无线充电的技术就是透过这样的原理,达到传输电力的目的。日常生活中常用到的充电器,也是利用这样的原理,差异在于充电器内的导磁材料使用的是铁芯,以其来传导能量;而无线充电的技术,则是只有透过气隙来传导磁通,达到磁能传输的目的。

 

  .能量曲线及操作频率

 

  以WPC所定义的规范,是将操作频率定义在110k~205kHz这段区间,并且定义其串联谐振频率为100kHz,由功率对频率的曲线来看,工作点愈接近100kHz,接收端获得的能量愈高,愈远离100kHz,接收端获得的能量愈低,如此可以调节不同的能量需求。另外一种调节的方式,是使用固定140kHz的方式,调整频率的工作周期,也可以调节能量,愈低的工作周期,所获得的能量愈低,愈高的工作周期,所获得的能量愈高。

 

  .传输的距离

 

  电磁场可以传输的距离,随着其操作频率愈高,距离可以愈远。以WPC标准而言,此操作频率是属于低频的操作带,因此其发射线圈及接收线圈的距离不长。WPC标准定义可以正常操作的距离,是在5毫米(mm)以内。距离愈远,整体的转换效率会愈差。

 

  .讯号传递

 

  除了能量需要传递之外,封包讯息是主要的重点之一。接收端会将所需要的能量讯息传递回发射端。发射端须要将收到的能量解码后,依接收端所需要的能量调节。此讯号的传递,是透过电磁场中,原本就有的操作频率(110k205kHz)当作载波频率,将封包讯息载于能量传递的电磁场中,其讯号是由一连串的码构成;讯号的频率约为2k4kHz,与载波的频率约是五十倍的关系,如此便可以利用传输能量的同时,也将讯息回传,不须要再利用其他元件来转讯息。但使用2k4kHz这个讯号的频率有个尴尬的缺点--这是属于人耳可以听到的频带,因此在系统工作时,很靠近地听,会有很细微的声音存在。因为WPC已经是如此定义,所以这个声音目前是无法避免的,只能尽量使它小声一点。

 

 .效率与充电时间

 

  WPC所定义的效率,是由进到发射端的直流电源的功率输入设为分母,接收端的输出功率设为分子,所除出来的百分比数字,这是指能量转换的效率。目前的效率主要是受限于线圈及电容的匹配,次要的则是电子元件的选择。目前的效率约落在70%。以输出3瓦(W)的能量来计算,在发射端需要的输入功率,则是4.3瓦。其中的1.3瓦是转化为其他能量,主要生成的是热能。一般使用者比较可能注意到的则是充电时间,每个电池的电量,会以安培小时(Ah)来表示。比如说2000毫安时(mAh),指的是2安培可以放电1小时;或是2安培充电需要充1小时(理论值)。愈大的电流充电,电池被充饱的时间就会愈短。目前因为受限于大部分的接收端,只能输出600毫安左右,所以充电时间会被拉长。

 

  符合FOD/中功率应用需求 WPC加速标准制定工作

 

  WPC2013年初刚刚做了一个动作,就是将Qi的版本,由1.0转为1.1。其中一个重大的变更,在于增加异物侦测(Foreigner Object Detect FOD)功能。

 

  事实上,正常情况下,有金属异物放在发射端,是不会发生发热的情况;会发热的情况是在于,有金属异物放在发射端,而接收端叠上来之时。因为电磁场会在金属的异物上产生涡电流,因而加热此金属的异物,导致外壳熔毁而发生危险。因此WPC定义了1.1的版本,将金属的异物温度限制在60以下,亦即发射系统必须设法让异物的温度不能超过60

 

  根据国际市调机构预估,无线充电技术未来4年产值年复合成长率高达73%,国际品牌手机大厂,以及电信商对于无线充电技术的支持态度是影响市场推广速度的关键之一;而认证规格及安规则是产业界亟须克服的障碍。WPC针对中、高功率的产品相容性规范即将发布,届时应用版图将由智慧型手机,延伸至平板与笔记型电脑市场等更高充电瓦数的行动装置,预期未来几年无线充电衍生的相关应用及设计将会遍地开花,为人类生活开启科技便利的新页。

 

 

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