導入高效能控制演算法　MI無線充電提升傳輸功率

　　首先Tx端須正確解讀出來自Rx端的資料訊號，困難在無線充電系統中能量載波的電源雜訊相當大，當Rx端輸出為變動負載或加大功率狀況下，其雜訊也隨之變大，此部分的雜訊難以用硬體電路濾除，當訊號已于雜訊混雜的狀況下，就須要透過軟體演算取出應有的資料訊號，這是控制的第一步，也是許多無線充電系統要發展提高功率的難題。要從5瓦提升到10瓦經過數年都沒有進展，主要就是無法解決加大功率后的資料傳輸問題。

　　此外，Tx收到資料后要如何調整功率大小則是下一個問題，無線充電供電端輸出功率控制大小有非常復雜變動因子；其中，輸出功率變化是建立在Tx線圈與電容諧振上，變動因素有驅動電壓、Rx端靠近后其受電線圈上的磁性材料會影響到Tx線圈電感量，造成諧振曲線偏移、Tx與Rx相對位置會影響功率調整后的變化量等多個變動因子，在上述狀況下，Tx卻只能靠來自Rx低速率資料進行調整，在最重要的判別來源資料更新速度有限的狀況下，Tx上的軟體就須要對線圈輸出特性具有學習分析功能的演算法，收到Rx資料后，可在最少的調整次數下達到穩定目標值，復雜點在于影響Tx控制功率的因子較多，要設計出反饋回路與調整演算法須投入較多資源開發。

　　金屬異物偵測建功　無線充電應用安全無虞

　　無線充電系統除效率外，另一個重要的設計考量就是安全。以產品來看，安全應為最優先的考量，而安全問題須用控制效率的技術解決，所以在文中先討論透過資料Rx到Tx資料傳送的方法進行安全控制。無線充電最大的安全問題就是金屬異物；由于Tx端本身就是一個電磁能量發射裝置，在電磁感應或磁共振式都是如此，電磁能量最大的問題在于投射在金屬物體上會對其加熱，加熱的效率非常好，只需要10瓦的能量即可將硬幣在一分鐘內加熱到沸點上。

　　無線充電系統設計基礎就是目標識別，待機Tx端是不輸出能量的關閉狀態，對應的Rx感應并提出電源需求后，Tx才會開始傳送電力直到Rx離開或提出中止充電需求即關閉。在此將金屬異物分成三類形式來討論；第一類為在Tx端待機的狀況下，在其供電部放金屬物，此狀況因為金屬物并不會反饋資料碼到Tx啟動電力，以目前的技術可輕易完成此一功能；第二類為Rx的感應線圈周圍有金屬物，或是先放金屬物在Tx上后再將Rx壓上進行感應，此狀況的實際可能為Rx外殼含有金屬物質，Tx運行的狀況為有收到資料碼可以啟動電力，但會有能量被金屬吸收加熱；第三類為在Tx與Rx感應建立連結后，在其之間插入金屬異物，且在不破壞Tx與Rx間通訊下吸收電磁能量產生發熱，此為非正常使用狀況。

　　不論是有意或無意的在無線充電感應部放置金屬物體，系統都應有安全機制對應，防護方式大致分成兩個方向；一個在感應電力啟動前，主動安全機制偵測有金屬存在就不啟動電力輸出，這個方式可以保護前述第一與第二類的狀況；另一個被動安全機制是在啟動電力后，偵測Tx到Rx功耗狀況與溫度進行保護，被動方式在啟動電力后，已經對可能存在的金屬加熱一段時間，并有安全疑慮，但這也是在前述第三類金屬異物能做的最后防線，被動安全機制較為復雜，原因為干擾判別因數很多，無線充電系統搭配效率不良或線圈對應偏離都容易誤判為有金屬異物之狀況，因此目前還沒有很可靠的方式完成此功能。

　　強化充電效率　感應線圈技術仍待精進

　　無線充電要提高效率除控制方法之外，硬體電路也相當重要。目前市售電源元件像金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）等性能已相當優異，現今功率加大的瓶頸落在線圈與其搭配的防磁片。所謂無線充電Tx就像一個驅動電磁能量到Rx端，再經整流濾波穩壓到后端輸出，從電源輸入端看電流路徑，第一個碰到的阻礙是MOSFET元件，剛提到目前先進的元件其阻抗都可以做到低于10毫歐姆（mΩ）以下，電流經過諧振電容到線圈后完成驅動端的電流循環，其中電容只要選對材質，其在交流下阻抗會極低，且幾乎看不到損耗。

　　不過，線圈的問題較為麻煩，現在無線充電線圈上除了本身有阻抗之外，還有交流電流在導線上形成渦電流與防磁片交互作用，其等效阻抗遠大于其他元件，所以用熱分析儀去觀察就會看到線圈導線是整個系統溫度最高的部分（圖1），因此效率若要再提高，需要在線圈技術方面進一步精進，這方面產業界正持續努力。

　　圖1 從無線電力系統運作期間的熱影像，可看線圈的溫度最高，Rx端整流與穩壓元件也會發熱，Tx電路則幾乎沒有發熱。

　　綜上所述，目前電磁感應式無線電力系統在有安全控制機制下，已經有晶片商可在Tx與Rx實作100瓦的接收端輸出功率（圖2），而且效率可達85%以上，藉此可知的是系統