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多模無線充電技術 AirFuel競逐無線充電應用
2016/08/01-魏淑芳  

DIGITIMES企劃

由A4WP與PMA兩大無線充電組織合併、更名的AirFuel聯盟,在2015年的CES展期間簽下合併意向書後,即代表無線充電兩大磁共振與磁感應技術合流,同時由AirFuel聯盟延續推廣無線充電應用...

全球原本存在三大無線充電聯盟,分別是Wireless Power Consortium(WPC)、Alliance for Wireless Power(A4WP)及Power Matters Alliance(PMA),隨著A4WP與PMA在合併組成AirFuel Alliance重新上路後,無線充電應用市場已演變成由WPC與AirFuel聯盟兩方角力爭奪的現況。2015年11月在A4WP、PMA兩大無線充電組織合併後,預期會將磁共振與磁感應兩大無線充電技術再進行整合,推動無線雙模充電應用趨勢。

無線充電應用在近接狀態可獲得較高效率的電能轉換,圖為Near-field inductive charging system架構。Maxim Integrated
   
無線充電應用架構,包含電力傳送端/接收端、相關磁/電轉換、主/被動元件構成。Panasonic
A4WP、PMA兩大組織支援整合  力推新一代AirFuel Alliance

檢視A4WP和PMA合併前的無線充電方案,雙方的無線充電方案為採行共振式充電之loosely-coupled線圈、作為無線電力傳輸架構,雖然雙方採行之電力無線傳輸技術在原理上近似,但實際上A4WP與PMA合併前所各自使用的無線傳輸頻率卻不相同。此外,PMA陣營在雙方合併前也在無線技術方面支援電磁感應式無線充電技術方案,因此,在未來結合A4WP與PMA 雙方技術資源的AirFuel無線充電聯盟,預料將以支援磁共振與磁感應兩大無線充電技術、而形成AirFuel無線充電方案新的賣點。

除AirFuel無線充電聯盟外,另一個WPC無線充電陣營,主要以名為「Qi」的無線充電標準進行市場推廣,WPC的無線充電方案主要採行電磁感應技術,從技術觀點檢視,磁共振無線充電技術需在近距離條件下進行設備/充電板接觸,因此在無線充電進行的轉換效能最高、能耗相對最小;至於電磁式感應電能無線充電技術,雖在無線充電應用可支援較長距離之電能無線傳輸轉換,但在無線的充電效率表現也相對較差。

WPC Qi Resonant無線充電擴增方案  支援多模搶食應用市場

在轉換效率前提下,WPC無線充電陣營也從善如流,延伸發展採行共振式無線充電技術的Qi Resonant無線充電擴增方案,等於也如同AirFuel聯盟所提供的無線充電多模系統支援,儼然呼應了無線充電應用未來將朝多模支援的技術發展方向。

但無線充電的多模支援趨勢,也有市場人士提出可能徒增產品相容性驗證與開發成本疑慮,同時也會因多模支援額外增加的元器件、導致成本反映在產品終端售價,導致市場推廣限制等問題。

實際上在2016年推出的無線充電終端應用中,已有近三成產品採行進階雙模無線充電設計方案,業界評估無線充電的多模支援是必然趨勢,隨著多模無線充電模組解決方案漸成熟,多模設計需求可能衍生的成本與推廣問題也會越來越少。
再從WPC與AirFuel聯盟參與廠商成員檢視,以業界參與規模來看WPC論壇目前擁有約224名會員廠商,而AirFuel聯盟則擁有195名會員,其中,也有不少業者同時押寶WPC與AirFuel兩個無線充電聯盟,例如,Microsoft、Qualcomm、Samsung...等業者,就兩個無線充電聯盟均積極參與活動,而在WPC與AirFuel聯盟發展競爭態勢還未明朗前,各個無線充電聯盟何者勝出還很難評論,為了更實際的商業利益,也不得不雙邊同時參與。

無線充電應用逐步普及  跨系統、多模支援成產品設計挑戰

然而,即便WPC與AirFuel聯盟兩大陣營主推方案涇渭分明,在無線充電的技術應用競爭持續增溫,反而是兩者的應用差異性會朝越來越近似發展,後續兩大無線充電陣營間的應用發展與與商業合作,也是值得產業界持續關注的重點。

較實際的是從AirFuel聯盟在合併後的技術方案與市場動態觀察,以AirFuel聯盟擁有的會員廠商觀察,目前包括Intel、AT&T、Qualcomm、Samsung、Starbucks等,在合併成AirFuel聯盟後,即相繼棄用各自原有的A4WP或PMA技術方案商標,全面改行AirFuel聯盟標章,AirFuel聯盟也加大該方案推廣力度,已針對原有A4WP或PMA技術方案差異點進行磁感應與磁共振互通設計相關整合規劃,同時也推動14家業者、超過40款無線充電裝置排入互測與驗證程序,縮短A4WP或PMA技術方案後續朝AirFuel聯盟共用方案的轉換時程。

甚至,AirFuel聯盟亦著手擴展無線充電未來性應用方向與發展可能性,透過Uncoupled Working Group擴展其他非磁性電力傳輸無線技術充電應用領域,如基於RF射頻、超音波或雷射...等無線電力傳送進階應用。

不讓AirFuel聯盟專美於前,WPC已開發結合磁共振與電磁感應之雙模Qi標準,會員參與規模目前稍稍略勝AirFuel聯盟,兩方在技術與應用角力有越演越烈跡象。

無線充電便捷、實用  市場價值驅動業者積極投入

然而,無線充電技術本身就有極大的市場價值,由於電子產品在歷代進階改良後,設備續航力與電力蓄能設計已成為新的開發瓶頸,而透過更便利的無線充電技術整合,可紓解設備電能充蓄需求,而在公眾場合、咖啡廳透過預先設置的無線充電設備,用戶可在喝杯咖啡的同時、完成行動設備無線充電,即便現階段無線充電的效能仍比不上有線形式的快速充電應用,但無線化的充電應用情境,已成為新一代電子3C設備的重點設計方向。

除了智慧手機、平板電腦甚至是中/高功率充電應用設計的筆記型電腦,已經成為首要導入無線充電技術方案的重點產品,也可解決用戶需要攜帶纏繞惱人的充電線材、專屬變壓器設備,提升便利的同時也增加產品的行動力。而無線充電設計方案,目前在Apple、Samsung等熱門3C與通訊產品被視為重點功能項目之外,在非3C、IT產品領域,也紛紛期待無線充電技術翻轉終端產品的應用設計。

無線充電技術 持續擴展應用領域

無線充電應用市場即便蘊含龐大商機,但業界評估,目前仍無統一標準也成擴張應用的發展瓶頸,雖在初期3C行動產品大量導入吸引引行動裝置、半導體、設計業者積極關注,但目前不同技術方案互不相容、涇渭分明的規格限制,反而阻礙了無線充電應用技術擴展動能。原有由A4WP、PMA、WPC三大聯盟搶食無線充電市場,發展迄今已由三大組織分進合流演變成AirFuel聯盟與WPC兩大無線充電聯盟的市場競爭,未來跨系統或多模無線充電支援設計,也將成為新產品開發重點。

而無線充電應用的便利性,無疑是推展無線充電相關應用最重要的推力,然而半導體元件是無線充電應用架構最關鍵的元件,對充電應用的能源轉換效能、充電器與整合設備的成本扮演相當關鍵的角色。其中如可動態調整充電功率調諧模組、可支援多裝置同時運行無線充電機制的功能組件、能針對不同充電功率需求自動優化電源配置效能等設計方案,尤其在無線充電應用的安全管控與自動調整功率輸出的優化設計,均是構築高效能、高使用體驗的無線充電應用關鍵。

另外,無線充電應用也持續朝跨應用市場發展,其中較有趣的案例如BMW、Audi...等主流汽車製造商,即計畫在其電動車設計中導入無線充電技術方案;另近期十分熱門的IoT(Internet of Things)物聯網產品應用設計,也有產品期待導入無線充電方案,降低大量部署之傳感器、感測系統終端維護與管理成本,在無線充電技術應用與導入的相關討論也越來越多。

未來透過無線形式進行的電力傳輸應用,據美國市調機構IHS預估,無線充電技術應用直至2020年,將會有超過18億個終端設備搭載無線充電應用功能,設計案例與使用領域將會越來越廣。

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關鍵字 
PMA無線充電同盟(A4WP)無線充電
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