無(wú)線充電技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)年的推廣與演進(jìn)后開始受到各界矚目。無(wú)線充電是指具有電池的裝置透過(guò)無(wú)線感應(yīng)的方式取得電力而進(jìn)行充電，其方便性可以讓消費(fèi)者愿意支付額外的費(fèi)用購(gòu)買無(wú)線充電相關(guān)產(chǎn)品；因?yàn)橛猩虣C(jī)才會(huì)有廠商愿意投入相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)，目前可以知道非常多知名品牌廠商已經(jīng)將無(wú)線充電這個(gè)功能列入新一代的產(chǎn)品的規(guī)格之一。由于這產(chǎn)技術(shù)相當(dāng)新穎且各廠商有自己對(duì)技術(shù)的表述，所以無(wú)線充電、感應(yīng)式電力、非接觸充電、無(wú)接點(diǎn)充電都是泛指相同的技術(shù)，距離1mm到數(shù)公尺都是一樣是無(wú)線，供電端與受電端交互作用就稱感應(yīng)，所以無(wú)線充電是廣義的名詞沒(méi)有一定的規(guī)格。

原理簡(jiǎn)單,實(shí)作困難

無(wú)線充電的方法在實(shí)驗(yàn)階段有開發(fā)出很多方法，但目前唯一有機(jī)會(huì)量產(chǎn)商品化為線圈感應(yīng)式。線圈感應(yīng)式的原理很簡(jiǎn)單，是百年前就被發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象，但過(guò)去長(zhǎng)久以來(lái)這樣的線圈感應(yīng)只運(yùn)用在繞線式的變壓器中。早期就有人發(fā)現(xiàn)將繞線式的變壓器的將“E”型鐵心繞線后對(duì)向緊貼后接上市電就可以感應(yīng)傳電，但距離略為分開后感應(yīng)效果就消失，這是因?yàn)樵谑须?0Hz下，電磁波傳遞會(huì)隨著距離增加能量快速衰退。在現(xiàn)今的應(yīng)用中，由于裝置本身需要有外殼包裝，發(fā)射端加上接收端的外殼厚度至少?gòu)?mm起算，早期電動(dòng)牙刷產(chǎn)品開發(fā)時(shí)就發(fā)現(xiàn)當(dāng)距離拉開后需要將線圈上的操作頻率提高才能讓電力能傳送的更遠(yuǎn)；在電磁波中有一個(gè)特性，就是頻率越高的電磁波可以傳送比較長(zhǎng)的距離后能量衰減較低。后來(lái)RFID應(yīng)用開始發(fā)展，主要就規(guī)劃的三個(gè)頻段LF低頻(125~135KHz)、HF高頻(13.56MHz)、UHF超高頻(860~960MHz)可以使用，而這些頻段也造就了目前無(wú)線電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初頻率采用的參考點(diǎn)。早在10年前電動(dòng)牙刷的無(wú)線充電就已經(jīng)上市，當(dāng)時(shí)的傳送功率小、充電時(shí)間長(zhǎng)，在現(xiàn)在的智能手持裝置的耗電狀況來(lái)看，當(dāng)時(shí)的充電能量不敷使用所以10年來(lái)還無(wú)法實(shí)用化。但這幾年來(lái)發(fā)展出新的技術(shù)可用較高的“共振”接收效率運(yùn)作方式，由于這個(gè)技術(shù)較新所以各界的說(shuō)法很多，但都是有一個(gè)很重要的特性，就是接收線圈上都會(huì)有配置電容來(lái)構(gòu)成一個(gè)具有頻率特性的接收天線，在特定的頻率下可以得到較大的功率移轉(zhuǎn)。這部份就跟早期的電磁感應(yīng)不同，當(dāng)距離拉開后依然就可以得到良好的電力傳送效果。共振的原理非常簡(jiǎn)單，就跟鋼琴調(diào)音師一樣放不同水量的玻璃杯，在精準(zhǔn)的調(diào)音下可以將某個(gè)玻璃杯透過(guò)共振將其振碎；但其它的文章都沒(méi)有提到，若是沒(méi)有經(jīng)過(guò)專業(yè)鋼琴調(diào)音師訓(xùn)練的一般人，可能永遠(yuǎn)也調(diào)不出可以讓玻璃杯振碎的頻率！這就是原理簡(jiǎn)單、實(shí)作困難。

展示簡(jiǎn)單,上市困難

電子零件出廠時(shí)就像是未調(diào)過(guò)音的鋼琴，鋼琴透過(guò)專業(yè)的調(diào)音師精準(zhǔn)調(diào)校后可以發(fā)出高品質(zhì)的聲音；當(dāng)大量生產(chǎn)后為了成本考量可能就無(wú)法在每一個(gè)產(chǎn)品都經(jīng)由專業(yè)人員調(diào)校再出貨，如果每一個(gè)產(chǎn)品都要專業(yè)人員來(lái)修正那就會(huì)有困難，因?yàn)閷�業(yè)人員有限。這就跟目前可以看到很多無(wú)線充電產(chǎn)品在很久前就發(fā)表了，在發(fā)表會(huì)上產(chǎn)品都可以完美演出，但過(guò)了很久的等待后還沒(méi)見(jiàn)產(chǎn)品上市？就跟剛提到的例子一樣，無(wú)線充電的產(chǎn)品為了達(dá)到很好的共振效果必需經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)的調(diào)校，在這樣的狀況下量產(chǎn)會(huì)變的非常困難。所以無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必需要能針對(duì)共振這部份能自我調(diào)整，這樣才能解決量產(chǎn)難題。2008年INTEL即發(fā)表了可以離一公尺距離的兩個(gè)線圈傳送電力用以點(diǎn)亮60瓦特?zé)襞荩�發(fā)表當(dāng)時(shí)也宣告了無(wú)線電力時(shí)代已經(jīng)到來(lái)；但三年過(guò)去了相關(guān)產(chǎn)品還是沒(méi)有上市，仔細(xì)想一下可以相距一公尺傳送電力，這么強(qiáng)大的電磁能量就算對(duì)人體沒(méi)影響、對(duì)周遭的電氣制品會(huì)有非常大的殺傷力。無(wú)線電力系統(tǒng)的原理與烹調(diào)電磁爐相同，透過(guò)電磁波來(lái)傳送能量只不過(guò)目標(biāo)不同，電磁爐使用頻率約50KHz能量發(fā)出后給鍋具加熱用已烹飪，過(guò)去網(wǎng)絡(luò)上就有流傳過(guò)一段影片就是將手機(jī)放在運(yùn)作中的電磁爐表面上，在短時(shí)間內(nèi)手機(jī)即燒毀，這樣的原理一樣電磁波會(huì)穿過(guò)手機(jī)外殼直接對(duì)內(nèi)部的金屬構(gòu)造加熱終至燒毀。前文題到過(guò)，為了加長(zhǎng)傳送距離必需提高傳送頻率，電磁爐的頻率較低在離開數(shù)公分后就衰減到安全界限以下，INTEL發(fā)表的相距一公尺傳送電力必需將頻率提高到約13MHz才能傳送，在這個(gè)狀況下線圈之間若是存在金屬物體將會(huì)被加熱而發(fā)生危險(xiǎn)，表演中工作人員可以站在兩個(gè)線圈中間不會(huì)有危險(xiǎn)，是因?yàn)槿梭w內(nèi)的金屬成份很少所以溫度上升有限。當(dāng)電磁波頻率加到1GHz以上就會(huì)直接對(duì)水分子加熱；這個(gè)原理就變成微波爐了，水分子被電磁波攪動(dòng)后發(fā)出熱量。所以微波爐與電磁爐不一樣，必需在屏蔽體內(nèi)操作避免為害到人體。這部份又與市面上的無(wú)線通訊產(chǎn)品不同，因?yàn)槟芰坎罹嗌醮螅粺o(wú)線電力系統(tǒng)需要傳送電力而發(fā)送到受電裝置所以需高功率傳送，無(wú)線通訊產(chǎn)品收到低功率訊號(hào)后再透過(guò)內(nèi)部的電池將訊號(hào)放大處理。所以不管是在13MHz會(huì)對(duì)金屬加熱或是1GHz以上直接傷害人體，無(wú)線電力在設(shè)計(jì)時(shí)必需解決安全的問(wèn)題才能上市，這就是展示簡(jiǎn)單、上市困難。

三大效能指針：效率、安全、功率

電動(dòng)牙刷早在10年前就堆出無(wú)線充電了，當(dāng)時(shí)由于功率需求低所以不需要考慮效率與安全。早期的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率只有20%-30%，且沒(méi)有安全機(jī)制并不會(huì)辯識(shí)目標(biāo)連續(xù)供電，這樣的系統(tǒng)就與微型電磁爐一樣。由于功率很小，接收需求只有0.1W上下，只有20%的轉(zhuǎn)換效率下即有80%的能量于傳送中轉(zhuǎn)成熱量散逸，這樣推算發(fā)射器提供0.5W的能量到接收器為0.1W的能量，0.4W產(chǎn)生的熱量有限對(duì)系統(tǒng)的溫度上升不明顯，且系統(tǒng)最大輸出能力也不大即0.5W，所以在發(fā)射器上放置金屬異物也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)；但今日的裝置需求遠(yuǎn)高于0.1W，以熱銷的智能型手機(jī)來(lái)看接收需要5V-1A 即5W的充電能量，若用電動(dòng)牙刷的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)問(wèn)題就會(huì)很大了，接收端5W的需求在只有20%的轉(zhuǎn)換效率下有20W的能量轉(zhuǎn)換成熱能散逸，這樣的能量會(huì)產(chǎn)生龐大的熱能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度大幅上升，在這樣的推算下，系統(tǒng)最大輸出能力會(huì)在25W，若為無(wú)安全設(shè)計(jì)下于發(fā)射器上放置金屬異物可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)意外，所以在功率需求提高后衍生的問(wèn)題需要全新的設(shè)計(jì)來(lái)完成無(wú)線充電，所以10年前即出現(xiàn)的無(wú)線充電到今還改良之中。新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需為了達(dá)到目標(biāo)功率，必需先解決效率與安全的問(wèn)題。

高轉(zhuǎn)換效率仰賴先進(jìn)規(guī)格零件與材料

現(xiàn)今無(wú)線充電系統(tǒng)都采用共振的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在架構(gòu)上都大至相同有下列這些構(gòu)造：
發(fā)射器內(nèi)有

1.直流電源輸入
2.頻率產(chǎn)生裝置
3. 切換電力的開關(guān)
4. 發(fā)射的線圈與電容諧振組合

高轉(zhuǎn)換效率仰賴先進(jìn)規(guī)格零件與材料

現(xiàn)今無(wú)線充電系統(tǒng)都采用共振的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在架構(gòu)上都大至相同有下列這些構(gòu)造：

發(fā)射器內(nèi)有

1.直流電源輸入
2.頻率產(chǎn)生裝置
3. 切換電力的開關(guān)
4. 發(fā)射的線圈與電容諧振組合

在同樣的架構(gòu)下從發(fā)射器的1.直流電源輸入到接收器 D.直流電源輸出應(yīng)過(guò)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是效率損耗的要點(diǎn)，在電源電路中電流通過(guò)的每一個(gè)有阻抗特性的零件都會(huì)在上面損耗部份能量，這幾年材料的進(jìn)步也讓無(wú)線充電的實(shí)用化大增，其中有幾樣先進(jìn)零件是無(wú)線充電系統(tǒng)中與傳輸效率相關(guān)的，為了達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率需要將這些零件與材料作組合運(yùn)用。

a.頻率產(chǎn)生裝置：目前有數(shù)家公司將此部份開發(fā)成IC銷售，其為發(fā)射電路板上的關(guān)鍵零件。

b.切換電力的開關(guān)：大多為MOSFET所構(gòu)成，低導(dǎo)通阻抗與高切換速度是選用的要點(diǎn)。

c.發(fā)射／接收的線圈與電容諧振組合：此部份為過(guò)去從未出現(xiàn)過(guò)的技術(shù)，由于無(wú)規(guī)則可循所以只能透過(guò)不斷的嘗試，另外未了阻絕多于的能量散到其它地方，于線圈的未感應(yīng)側(cè)都會(huì)家上磁性材料，這類的材料特性也是全新的應(yīng)用。

d.整流器：由于在線圈上的操作都是高頻率、高電壓的能量訊號(hào)需要能有效的換成直流電才能給受電裝置使用，目前大多采用超低VF的蕭特基二極管所構(gòu)成。

e.濾波與穩(wěn)壓器：這部份難度在接收裝置空間有限，設(shè)計(jì)上要小型化的困難處，通常高轉(zhuǎn)換效率的電路配置大體積被動(dòng)零件。

設(shè)計(jì)最艱難的部份在于安全

先前提到無(wú)線充電系統(tǒng)與電磁爐一樣會(huì)發(fā)射電磁波能量，這有兩大問(wèn)題:
其一為當(dāng)發(fā)射器上沒(méi)有放目標(biāo)充電裝置時(shí)一樣在發(fā)射能量，長(zhǎng)時(shí)間下會(huì)造成能源的浪費(fèi)，不符合現(xiàn)在產(chǎn)品節(jié)能的趨勢(shì)。另外一個(gè)問(wèn)題較嚴(yán)重，為當(dāng)發(fā)射器上放的是金屬異物，電磁波對(duì)其加熱；這個(gè)狀況輕則燒毀裝置，重則發(fā)生火災(zāi)危其人員生命財(cái)產(chǎn)。所以無(wú)線充電系統(tǒng)若要上市銷售，必需要有一個(gè)重要的功能即為“受電端目標(biāo)物辨識(shí)”，當(dāng)正確的目標(biāo)物放置在發(fā)射器上才開始送電，若不是的話則不送電。用來(lái)偵測(cè)近距離裝置的方法有很多，但在無(wú)線充電系統(tǒng)上有一個(gè)問(wèn)題就是無(wú)法采用昂貴的零件來(lái)完成這個(gè)功能，記住目前設(shè)計(jì)的只是一個(gè)充電器，若成本太高的話市場(chǎng)會(huì)無(wú)法接受這個(gè)功能。而目前有兩個(gè)實(shí)用的方法來(lái)完成這個(gè)功能：

1. 磁力激活：在受電端上裝一個(gè)磁鐵，當(dāng)發(fā)射端感應(yīng)到磁力后開始發(fā)送能量，這個(gè)方法簡(jiǎn)單有效，因?yàn)闆](méi)有人會(huì)無(wú)意中放一個(gè)磁鐵在發(fā)射器上讓它燒毀。

2.感應(yīng)線圈上的資料傳送：這是目前認(rèn)為最安全的方法，與RFID的原理相同，利用兩個(gè)線圈內(nèi)的電力傳送中，包含資料碼一起傳送；這個(gè)方法最安全也是最難完成的，因?yàn)楦袘?yīng)線圈上有高能量的電力傳輸、另外還包含了系統(tǒng)的噪聲與負(fù)載電流變化的干擾，如何有效的傳送資料碼是一大難題。
 
可變功率系統(tǒng)需建立在數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制上

一個(gè)理想的系統(tǒng)為在無(wú)線充電發(fā)射器上放置不同的接收器，接收器可為不同的裝置從小電力的耳機(jī)到大功率的筆記型計(jì)算機(jī)，都應(yīng)該要能對(duì)應(yīng)不同的目標(biāo)物；但每個(gè)接收裝置的電力需求都不一樣，這時(shí)發(fā)射器必需要能自動(dòng)調(diào)節(jié)功率輸出。但這樣的功能要建立在發(fā)射器與接收器要能夠傳送資料碼來(lái)進(jìn)行溝通，所以如何運(yùn)用感應(yīng)電力的線圈進(jìn)行資料碼傳送是研發(fā)的要點(diǎn)。關(guān)于這個(gè)技術(shù)數(shù)年前已經(jīng)有多家公司投入開發(fā)，其每家公司的方法有差異在實(shí)作上的穩(wěn)定性也需要再經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。