突破磁共振设计关卡 无线充电使用更便捷

　　在标准纷纷出笼之际，无线充电亦开始跨入磁共振阶段。尽管标准的订定必然推动磁共振技术向前迈步，但也使过去既存的问题再次浮上台面，包含物料成本、元件供应与安全认证等议题均受到热切关注，同时市场对解决方案的需求也更加迫切。

　　虽然无线充电联盟（WPC）已发布具备磁共振技术的Qi 1.2版标准，但目前业界普遍尚未取得详细规格，也未见采用WPC磁共振标准的解决方案；相较之下，采用无线电力联盟（A4WP）标准的首波磁共振无线充电方案预期将于年底上市，无论在技术或产品方面皆有较多实例可供参考。因此，以下系针对A4WP标准的磁共振无线充电开发挑战进行探讨。

　　高频元件规格提升　磁共振无线充电挑战重重

　　A4WP的磁共振方案并非采行一般电力传输常用的低频率，而是选用较适合通讯的高频率。由于通讯用频段通常无须乘载大电流，而适用于电力传输的元件也鲜少针对高频率设计，因而使磁共振无线充电方案无论是在元件的设计上或供应上，都为制造商增添了新的挑战。

　　博通（Broadcom）手机平台部门产品行销总监Reinier van der Lee表示，为避免无线充电系统受到其他设备的频率干扰，A4WP选择避开无线电运行的频谱，采用于工业、科学及医疗频段（ISM-band）中的 6.78MHz进行电力传输，以增加磁共振无线充电的稳定性。

　　

　　图1　UL消费性事业电子科技产业部大中华区工程部总监蔡英哲指出，无线充电的频段除了要避免与生物体自然频率共振外，也必须避开各种通讯系统的频段。

　　UL消费性事业电子科技产业部大中华区工程部总监蔡英哲（图1）补充，频段的选择相当重要，为避免造成频段间的干扰问题，因此目前的趋势是将通讯频段采用现有的成熟技术，如近距离无线通讯（NFC）、蓝牙（Bluetooth）、无线区域网路（Wi-Fi）等，并将设备加入通用识别码以减少不预期的干扰，让电力波可以在非通讯与谐波区域使用。

　　不同于WPC透过频内（In-Band）讯号进行传输，A4WP在通讯机制上是采用蓝牙Smart做为发射端（Tx）与接收端（Rx）的通讯方式。十铨行动应用事业处产品总监林家成表示，Qi标准是透过方波长短的不同进行通讯，但磁共振技术若在电波中加入其他讯号将会影响系统的共振点，因此A4WP才藉由蓝牙Smart将系统分为通讯与电力传输两个通道。

　　致伸科技平台资深经理丘宏伟进一步说明，因现在多数智慧型手机都已配备蓝牙Smart，成本增加仅会出现在Tx部分，且增加幅度并不大。至于其他通讯方式如Wi-Fi，其频宽较大而且并不完全适用于电力传输，所以采用蓝牙Smart的方案较为划算。

　　此外，因磁共振系统频率的提升，连带影响其他零组件必须相应采用高频元件，这部分为垫高A4WP磁共振方案成本的最大塬因。林家成分析，磁共振系统若运行频率很高，便要采用高频率金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）来做开关的动作，在电力传输的过程中，从波峰到波谷间上下可能相差几十到上百伏特 （V），能够承受如此高电压的MOSFET便会非常昂贵；假如还要做到效率高，则费用将会是呈现指数性上涨。再者，目前这种高频率的MOSFET必须采用订制，因此关键元件的供应问题也可能是磁共振技术未来发展的阻碍之一。

　　德州仪器（TI）电池管理市场经理文司华表示，磁共振与磁感应技术还有一项不同点在于积体电路（IC）制程。磁感应方案所用的晶片制程为30伏特，但磁共振方案的制程估计需要40？60伏特。丘宏伟补充，当频段提高也会同步增加元件制造的技术门槛，在材料上可能要使用到氮化镓（GaN），因此能够供应氮化镓MOSFET的关键元件厂商也开始蠢蠢欲动。

　　另一方面，磁共振无线充电的优势在于可同时对多个设备充电（图2），因此在Tx设计上也有不同于磁感应方案的考量。林家成指出，线圈处于高频率时会出现寄生的电容、电阻、电感等干扰，此时要控制频率就较为困难，比如当系统中有多个Rx线圈进入时，因为寄生的电感发生变化而会影响共振点；另外，当Tx与Rx 的垂直距离改变时，系统在输出功率和共振频率上也必须同步调整，所以Tx重点在于必须适应不同的频率。

　　

　　图2　磁共振频率会受到待充物数量与充电距离影响。　图片来源：POWERMAT

　　关于线圈的部分，高创行销部副理王世伟也表示，进入到磁共振技术后，因为频段较磁感应方案高，除了天线长度须要改变之外，共振式磁性材料的生产门槛亦会提升，挑战包含粉料的配方与天线设计等。

　　整体看来，现行磁共振无线充电方案价格偏高的塬因，主要在于须采用特殊高频元件，且在市场尚未普及的情形下难以压低成本。林家成说明，磁共振无线充电的终端价格要分为Tx与Rx来看，Tx因为具有高附加价值，即使卖到20美元还是有市场；而Rx是内建于消费性产品之中，这部分价格将占有较大影响力。然而，未来WPC的磁共振方案是否将能突破上述挑战，仍须待后续观察。