無線充電三大標準優缺點及合并挑戰

根據HIS的預估，全球無線充電市場預計將從2013年的2.16億美元，增加40倍，到2018年達到85億美元(參考文獻1)。但是，這個產業的發展會受到幾個現存互不兼容標準的影響。展望未來，許多開發商的問題是，是否所有這些標準可以在一個作為無線充電之用的統一、經濟實惠且高效的標準下共存。雖然無線功率轉移的概念是在一個多世紀之前形成的，但在過去的幾年里，尤其是在像無線充電聯盟(WPC，成立于2008年成立)、電力事業聯盟(PMA，成立于2012)、無線電力聯盟(A4WP，又名Rezence，成立于2012年)等標準出現后，無線功率轉移已經開始有了實質的作用。

價值鏈中的關鍵利益相關者有設備制造商、原始設計制造商(ODM)、半導體公司及基礎設施公司;諸如三星、微軟(諾基亞)、HTC和LG是設備制造商;原始設計制造商(ODM)有Primax、Uway、和三星機電等;半導體公司則像是TI、IDT、飛思卡爾、高通、英特爾、聯發科、博通等;至于基礎設施公司則是像麥當勞、Marriott、和星巴克，這些業者借著采用無線充電來為其客戶提供一種增值服務。

除了作為一個消費電子配件之外，無線充電還可將其應用擴展到家居飾品、醫療、汽車、工業和國防應用。瑞典家具公司宜家(Ikea)最近宣布推出內嵌在其臺燈之內的一批無線充電產品(參考文獻2)。無線電力充電連同它的應用和使用情境，已成功地獲得消費者的青睞，但大量采用該技術而躍居成市場主流的情況，仍未達到預期的水平。造成這種情況的其中一項主要原因是由于標準不一，以及支持相互競爭標準的各大營運商(在美國)。

上圖為各種無線充電應用的使用場景。

在目前的標準環境中可望會浮現出兩種可能性：。

●　出現一個單一的標準，這將可加快無線充電技術被采用的速度。

●　支持多模式無線充電的解決辦法，其中，單一的發射器/接收器可以支持多個(WPC / PMA / A4WP)標準。

如果我們檢視一下從技術規范(來自標準機構)到概念驗證、產品開發、制造、以及成品的整個價值鏈，有幾項因素會構成在開發某一特定技術時的創造、提供和截取價值的良好整體經驗。這些都是要讓該技術茁壯成長的基礎。具體到無線充電，按優先級排列的關鍵因素如下：

●　經濟上的可承受性：成本效益，從批發和零售的角度來看，開銷要少

●　可用性：增強易用性，像是可以自由擺放、可同時多部器件充電，和在相當距離外充電的潛在能力

●　質量和安全性：符合特定產業對安全使用該技術的指導方針

●　互操作性/向后兼容性：標準之內和跨標準

●　技術擴散：通過定制和/或優化將使用情境擴展至其它應用

現有標準的比較

無線充電聯盟

WPC(Wireless Power Consortium)在2008年宣布的無線充電標準被稱為 “氣(Qi)”，這是無線充電技術針對主流消費電子設備商業化的一大步。

氣采用的原理是變壓器電路的磁感應，其中，發射器和接收器線圈以非常接近的形式接合，從而實現電力的轉移(參考文獻4)。發射器在低工作電壓下工作，視線圈的類型而定。在發射器(主)線圈中產生的電流將會產生一磁場，這又會在接收器(輔助)線圈感應出電流。接收到的電流可為接收器設備的電池供電，像是移動電話、平板計算機、照相機和智能手表等。發射器可為接收器提供一致的功率和電壓電平。 Qi標準定義了通信協議，其中電力轉移和接收到的量是最佳的。在接收器和發射器之間會有一通信封包傳送協議，它與一些因素相關，例如，發射器發現到的接收器、接收器的狀態和配置信息、接收器所要求的功率電平和電力傳輸的結束。

效率水平要視正確線圈的排列、Z的距離、和線圈類型的選擇而定。典型效率范圍為65%至75%之間。目前規范的版本是1.1版，未來還會繼續推出多個版本，其中將會規定多臺設備同時充電的支持、Z距離的增加，而焦點則會傾向磁共振。

這些都是以電感為基礎的無線充電系統之典型的發射器和接收器線。

特點：

●　緊密耦合的感應方案

●　可在100-205千赫的頻率范圍工作

●　使用負載調變在2Kbps的帶內通信

●　接收到的功率可達5W(低功率) - 15W(中-功率)，而針對高功率應用則有即將會推出的120W

●　支持異物檢測(FOD)功能

●　可定義磁共振的未來規范

●　超過200家的業者支持，包括三星、LG、德州儀器、松下、東芝、微軟、中興、Verizon和Motorola Mobility