淺析在Qi標準下設計的5W無線電源設計

　　自從Qi標準規范于2010年7月宣布后，配件產品便能運用這項業界標準，來提供行動裝置無線電源，完全不需要基地臺的無線電源發送器，而是利用背匣、背蓋和電池組，以及配件產品接收器線圈和電子裝置的套件組合。本文將重點說明配件產品與主行動裝置的介面，以及配件的系統層級需求，并探討元件選擇，衡量配件產品與主行動裝置之間接腳數介面的權衡。

　　圖1顯示無線充電聯盟（WPC）電感無線電源系統的配置圖。發送器包含交流對直流（AC-DC）電源轉換、驅動器、傳輸線圈、電壓與電流偵測及控制器；接收器包含接收線圈、整流、電壓調節及控制器，此系統的負載可以是任何電池供電的裝置，例如手機。

　　圖1 WPC電感無線電源系統配置圖

　　Qi標準為發送器和接收器相容問題解套

　　在這個系統中，電源是從發送器經由耦合的磁場傳輸到接收器，AC電流流經發送器線圈時，便會產生磁場。如果接收器線圈相鄰（X-Y或Z范圍小于5毫米的間距），則大部分發送器線路將耦合于接收器線圈。耦合的線路會在二次側產生AC電流，經過整流后即可產生DC電壓，成為手機及其他可攜式裝置的電源。必須注意的是，無線電源連結一般是鬆散耦合的空心變壓器。

　　新興無線電源市場的關鍵是不同發送器及接收器的標準化。在過去，任何販售無線電源接收器的公司，必須搭配販售對應的發送器，使得無線電源的市場接受度受到局限，而且也導致無線電源技術互不相容。WPC制定全球第一個標準，使5瓦（W）電源運作的發送器及接收器彼此相容。這個Qi標準定義無線電源系統的運作頻率、運作電壓，以及基本線圈配置。通訊協定定義讓接收器將資訊傳送至發送器，如接收器需要多少電源、應該增加或減少輸出功率，以及當手機不再須要充電時，通知發送器終止電源進入省電模式。

　　提供Qi相容產品最快速的方法，是提供內含電源供應或直接電池充電實作的配件解決方案，同時運用基地臺電源的業界標準無線發送器。配件解決方案是指行動裝置選用的無線電源功能，最常用的兩種配件實作是背匣及背蓋。背匣是內含無線電源電路的塑膠外殼，可裝在行動裝置上，透過外部接點提供行動裝置所需的電源。背蓋是行動裝置標準背蓋的替代品，其中包含無線電源電路。內含無線電源電路行動裝置電池組的配件也是一種替代解決方案，能直接進行電池充電。

　　各式電源供應配件解析

　　圖2說明無線電源接收器如何提供5伏特（V）5瓦電源給行動裝置，模擬電源供應轉接器的運作。在最簡單的實作中，接收器與行動裝置之間只需要無線電源及接地，大多數第一代Qi產品仍使用有線連接器，因此也顯示如何從有線轉接器或無線電源進行充電。這兩種來源均連接行動裝置內部的多工器，一般而言，預設選擇的是轉接器電源，沒有轉接器時才會啟用無線電源。

　　圖2 含有線輸入的四接點電源供應配件系統架構

　　在無線電源傳輸期間，有轉接器或電池充電終止時，運作應該會中斷，接收器發現無負載情況時，會傳送訊息至發送器通知停止電源傳輸，開啟多工器的無線電源接收器開關時，即可模擬如此的情況，藉由其他接點的協助，能提供無負載情況特定的其他資訊。

　　雙接點配件介面成本最低