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无线充电巧扮行动装置救世主
还怕电不够?

【作者: 王岫晨】2013年06月20日 星期四

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随着时代的改变,电子产品的使用经验也已经和以往大相径庭。过去PC时代庞大的电脑装置塞放在书房的角落里,不用移动,更不必担心电力中断的问题。然而到了行动世代,这一切经验法则重新改写,行动化让过去庞大电脑主机的功能,可以大致浓缩到一部小小的手机或平板上。只不过,或许随身携带让便利性大为提升了,然而少了插头,却让电力问题俨然成为行动装置的最大致命伤。


电池问题持续无解

面对这样的问题,传统的作法都是透过更低耗能的晶片与元件,搭配效能更佳的电源管理技术,来延续行动装置的续航力。而过去行动装置诉求轻薄小巧,相对压缩了电池的容量。目前随着手机大尺寸化的趋势,让机身能塞入更大的电池,相对提供更久的使用时间。


然而,这些都还是不够的。毕竟低耗能的晶片与电源管理技术,所能节省的电力十分有限,而大尺寸手机尽管电池容量提升,然而更大萤幕与更多应用功能,却也消耗了更多电力,两相加减又让续航力回到了原点。


「目前一般行动装置所使用的电力来源,主要是锂离子或聚合物电池组,这种电池的能量密度,早在许多年前就已经达到饱和,难再有效提升。」恩智浦半导体资深产品市场经理张锡亮指出​​,用以增加电池容量与寿命的方法及技术,包括转换成以锂离子为基础的各种不同金属化电池组尽管已经成熟,然而这些方法仍无法满足行动产品对电力消耗的需求。


张锡亮认为,正由于单位体积的电池容量已经达到极限,所以行动装置若非使用更大的电池容量,就是必需更频繁的进行充电。然而,随着行动解决方案越来越小,若搭配使用较大容量的电池,势必影响体积大小以及整体解决方案的成本。同时也应注意的是,较大的电池在充电时,将需要更高的电流量以进行快速充电,如此一来易导致电池本身产生化学变化,因而影响电池的生命周期与寿命。


看来似乎很明显,没电已经成为行动装置使用者最大的梦魇。面对这样的问题,行动装置的游戏规则必须重新改写。除了行动电源因为市场需求而冒出头之外,更频繁的充电,似乎才是解决电力问题的根本之道。而这也正是标榜能随时随地为行动装置补充能量的无线充电,近期之所以能快速普及的重要原因。


无线充电崛起 便利是关键

IDT台湾区总经理丁宝明表示,在消费性市场上,行动产品将会首先率先采用无线充电方案。其实,随着通讯技术的普及,在接下来的几年内,传输速度与频宽方面将不会有任何限制。唯一的问题,就在于电力供给与充电方式。 『便利性』成为行动装置设计的唯一关键。


丁宝明说,放眼目前包括手机、平板电脑等不同的行动装置,因为介面规格的不同,导致消费者出门在外,为了帮这些装置进行充电,必须携带许多不同的转接线,便利性大减。针对这样的问题,若能采用一个通用型的无线充电器,所有问题均可迎刃而解。随着市场需求逐渐热烈,无线充电的​​基础设施及生态系统也逐渐成型。


无线充电的​​潜在应用领域非常广泛,从手机、无线话机、游戏机、到厨房、车库、飞机与办公室等,均可以采用这种便利的充电设备。特别是智慧手机,随着全球智慧手机的普及率不断提高,将为无线充电带来无穷商机。


丁宝明强调,只要是手机的使用者,就是无线充电的​​潜在客群。 「未来透过手机内建无线充电模组,或者利用具备无线充电功能的外接保护盒,都可以直接让手机进行充电,十分便利。」



图一 : 透过无线充电平台,电子装置的充电也可以是一件很时尚的事(图片来源:powermate.com)
图一 : 透过无线充电平台,电子装置的充电也可以是一件很时尚的事(图片来源:powermate.com)

MI vs. MR 孰优孰劣

事实上,正因为无线充电的​​重要性日增,手机业者与设备业者目前均同步快速投入发展相关产品,未来在市场上,将看到手机装置与无线充电设备均能同步搭配上市的情况。然而,这并非目前困扰手机与设备厂商的最大问题。这些厂商最大的疑惑在于,到底该采用哪一种无线充电技术呢?


众所皆知,无线充电技术目前分有电磁感应(MI)与电磁共振(MR)等两种技术,MI阵营又分有WPC与PMA等两种协定,MR阵营则有英特尔的WREL与三星、高通所支持的A4WP等两大势力。这些协定彼此间并不相容,且又各有不同厂商的参与及支持,导致市场规格呈现多头马车,不仅消费者容易一头雾水,消费者使用上也可能造成诸多不便。


IDT副总裁暨类比与电源部门总经理Arman Naghavi说,相关厂商最大的困扰也正在此,资讯过多、选择太多,使得手机与设备厂商也经常举棋不定。针对纷乱的技术现况,目前已有许多关于无线充电技术的采用率及潜在市场的市场研究报告问世。


众技术各拥其主

就电磁感应技术而言,目前主要的两种标准包括:无线充电联盟(WPC)及电力事业联盟(PMA)。这两项标准最为成熟,且也是目前消费市场上最多产品支援的标准。在电磁共振技术方面,以三星及高通所支持的无线电源联盟(A4WP)是第一个问世的标准。


高通商务开发副总裁Steve Pazol表示,高通主力推展支援自家WiPower技术架构的近场(near-field)磁共振无线电源充电解决方案,可针对消费性电子装置,例如手机及其他电池驱动之低功率充电设备,提供充电时的空间自由度。


然而,另一个崛起的势力则是英特尔。英特尔以磁共振原理为基础,针对自家超轻薄笔电(ultrabook)的生态系统,打造相关的无线充电接收器与发射器,借以扩大该公司的磁共振解决方案产品线。英特尔PC成长与创新总监Gary Huang说,英特尔的目标,在于针对超轻薄笔电、AIO电脑、智慧手机及单独的充电器,提供已经过验证的参考设计。


事实上,英特尔早在2012年,就已经发表针对轻薄笔电的一系列基于磁共振技术的无线充电相关设备。除可个别针对轻薄笔电与智慧手机进行充电之外,还可透过笔电直接对智慧手机充电。如今一年过去,正式产品陆续问世,其打造自家完整硬体生态系统的野心不言可喻。


除此之外,还有站稳工业及军事应用市场的Power by Proxy及无线电力(WiTricity)等标准,也都积极往消费性市场渗透。面对如此多样化的标准,设备厂商当然会疑惑,究竟哪一种无线充电技术才会成为主流?哪一种才是最理想的解决方案?


这就与几年前无线通讯厂商面对LTE与WiMAX两项崛起的标准,不知该压宝哪一边的情况很类似。答案通常会在数年之后明朗,然而压错边的厂商往往已血本无归。也因此,在面对正要起步但市场标准纷乱的无线充电市场,一开始就掌握正确的方向,是避免战死沙场的不二法门。



图二 : WPC的Qi是目前占有率最高的无线充电标准,其广泛的生态链已经大至成型(图片来源:wpc.com)
图二 : WPC的Qi是目前占有率最高的无线充电标准,其广泛的生态链已经大至成型(图片来源:wpc.com)

依需求 选择正确的充电方案

丁宝名说,对于无线充电纷乱的标准来说,最佳的解决方案,得视特定应用所需的充电特性与效能而定。以磁共振技术来说,其特性是发射器与接收器的耦合配对方式不严谨,且可对X、Y与Z轴等不同方向进行多个设备的同时充电,其磁场范围也较大,只要接近线圈即可充电,因此充电装置摆放的自由度较高。例如英特尔就是以磁共振技术打造无线充电设备,可透过笔电直接对手机进行充电,便利性非常高。


至于磁感应技术,其耦合配对较为严谨,仅能透过二维方式进行一对一配对,亦即同时只能针对一个装置进行充电,其充电范围小,且必须位置摆放正确才可进行配对并充电。因此针对需要更高的充电效率、或者更为严谨配对需求的设备,WPC这类磁感应方案,或许就是较为理想的选择。事实上,目前已有约九成的产品采用WPC联盟的Qi标准,这也可看出,市场最大量的需求,是针对个人使用的单一耦合配对充电方式。


多模方案是重要发展趋势

Arman则认为,尽管目前市场上多数的无线充电终端产品,采用的是WPC所主推的Qi规格,然而这并不代表其他一成的商品就将被边缘化。例如虽然4G通讯标准是由LTE出线,然而WiMAX并未完全销声匿迹,目前在部分新兴市场仍大行其道。也因此,面对无线充电标准分歧的问题,能够快速辨识耦合的设备是磁感应或是磁共振技术,并有效率地改变充电方式的多模解决方案,毫无疑问将会是在纷乱未定的标准中,最理想解决方案。


这主要是无线充电技术在崛起的过程中,未来发展如何难下定论,且各标准背后均有重量级厂商的支持,谁能成为最后赢家,没人能说个准。也正因如此,透过多模晶片来支援不同标准,毕其功于一役,是最有效率的解决方案。


例如WPC现有的Qi标准,与PMA标准彼此间并不相容,且各有大厂支持, Qi目前有诺基亚、宏达电、LG等公司力挺,PMA则有Google、AT&T和星巴克采用,那么支持不同协定的装置,相容性问题又该如何解决?多模解决方案正是为了解决这样的问题而生,可提供不同标准的多重相容性。


对于手机厂与设备厂来说,无线充电多模化是重要发展趋势,各家厂商尽管因为商场竞争,在产品未正式亮相前,将相关发展细节与策略规划保密到家坚不对外透露,然而私底下却已积极朝向多模化的发展方向而努力。


结语

磁感应与磁共振两大技术共存也相互竞争,不论消费市场采用了哪一方技术,都代表了无线充电技术即将大行其道。不久的未来,无线充电将从行动市场的生态系统开始普及,主要推动力,就是手机与设备业者的全力推展,以及消费者的配合使用。


一旦消费市场的无线充电生态系统成熟,将促使无线充电技术快速朝向下一阶段发展。届时,无线充电技术将进一步延伸更多应用层面的基础设施中,这包括车用环境、行动医疗装置、客厅与办公室之中。行动装置将是打开无线充电应用大门的一个推手,使其全面普及到生活中的各个层面,为需要电力的所有产品,带来更大的充电便利性。


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