无线充电系统设计方案深度剖析

功率传送，无线通讯产品收到低功率讯号后再透过内部的电池将讯号放大处理。所以不管是在13MHz会对金属加热或是1GHz以上直接伤害人体，无线电力在设计时必需解决安全的问题才能上市，这就是展示简单、上市困难。

　　三大效能指针 效率、安全、功率

　　电动牙刷早在10年前就堆出无线充电了，当时由于功率需求低所以不需要考虑效率与安全。早期的系统转换效率只有20%-30%，且没有安全机制并不会辩识目标连续供电，这样的系统就与微型电磁炉一样。由于功率很小，接收需求只有0.1W上下，只有20%的转换效率下即有80%的能量于传送中转成热量散逸，这样推算发射器提供0.5W的能量到接收器为0.1W的能量，0.4W产生的热量有限对系统的温度上升不明显，且系统最大输出能力也不大即 0.5W，所以在发射器上放置金属异物也不会产生危险;但今日的装置需求远高于0.1W，以热销的智能型手机来看接收需要5V-1A 即5W的充电能量，若用电动牙刷的系统进行设计问题就会很大了，接收端5W的需求在只有20%的转换效率下有20W的能量转换成热能散逸，这样的能量会产生庞大的热能会导致系统温度大幅上升，在这样的推算下，系统最大输出能力会在25W，若为无安全设计下于发射器上放置金属异物可能会导致火灾意外，所以在功率需求提高后衍生的问题需要全新的设计来完成无线充电，所以10年前即出现的无线充电到今还改良之中。新设计的系统需为了达到目标功率，必需先解决效率与安全的问题。

　　设计最艰难的部份在于安全

　　先前提到无线充电系统与电磁炉一样会发射电磁波能量，这有两大问题：其一为当发射器上没有放目标充电装置时一样在发射能量，长时间下会造成能源的浪费，不符合现在产品节能的趋势。另外一个问题较严重，为当发射器上放的是金属异物，电磁波对其加热;这个状况轻则烧毁装置，重则发生火灾危其人员生命财产。所以无线充电系统若要上市销售，必需要有一个重要的功能即为「受电端目标物辨识」，当正确的目标物放置在发射器上才开始送电，若不是的话则不送电。用来侦测近距离装置的方法有很多，但在无线充电系统上有一个问题就是无法采用昂贵的零件来完成这个功能，记住目前设计的只是一个充电器，若成本太高的话市场会无法接受这个功能。

　　而目前有两个实用的方法来完成这个功能：

　　1. 磁力激活：在受电端上装一个磁铁，当发射端感应到磁力后开始发送能量，这个方法简单有效，因为没有人会无意中放一个磁铁在发射器上让它烧毁。

　　2.感应线圈上的资料传送：这是目前认为最安全的方法，与RFID的原理相同，利用两个线圈内的电力传送中，包含资料码一起传送;这个方法最安全也是最难完成的，因为感应线圈上有高能量的电力传输、另外还包含了系统的噪声与负载电流变化的干扰，如何有效的传送资料码是一大难题。

　　可变功率系统需建立在数据传输机制，一个理想的系统为在无线充电发射器上放置不同的接收器，接收器可为不同的装置从小电力的耳机到大功率的笔记型计算机，都应该要能对应不同的目标物;但每个接收装置的电力需求都不一样，这时发射器必需要能自动调节功率输出。但这样的功能要建立在发射器与接收器要能够传送资料码来进行沟通，所以如何运用感应电力的线圈进行资料码传送是研发的要点。关于这个技术数年前已经有多家公司投入开发，其每家公司的方法有差异在实作上的稳定性也需要再经过验证。

　　无线充电共通标是理想却难以实现

　　目前有业者在推行无线充电标准，理想化的标准是可以跨品牌使用。这个是一个很理想化的目标，所谓的标准就针对两个部份需要规范才能运作;第一就是要有共通的共振频率，电力传输是需要透过预设好的共振频率来传送，发射器提供的电磁波能量之频率需要是接收器的共振频率才能得到好的转换效率。第二就是标准的资料传送码或其它识别激活方式，发射器需要对应到正确的接收器才能开始送电。一个共通的标准的确是市场所期待的，目前在推动无线充电标准化的团体已经运作多时，但在市面上的产品还算少见，这部份可以深入了解后可以发现一些问题，一部份是其标准尚未完整以致研发人员照规格书开发确无法顺利将产品完成;另一个问题是该标准并不是免费的，当产品上市前需要先支付相关专利的权利金，所以共通标准是未来的趋势，但目前实际应用还未成熟。

　　三大关键组件牵动三个产业链

就无线充电产品看有三大关键组件，其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。目前无线充电尚在起步阶段，市场预期接下来的二到三年会开始高度成长，而四年后将会变成品牌商品