標準/生態系統更趨完整 無線充電應用急速擴張
現在，無線充電是一個非常熱門的話題。當人們想到無線充電時，會本能地想到智慧型手機，但無線充電並不止於此。本文將介紹無線充電的概念、制定無線充電標準的好處，並闡述各種無線充電協議與其優勢，以及無線充電的最佳市場動力所在。
無線充電讓消費者不用電線就能對其行動裝置進行充電，因此電信運營商和行動電話製造商正積極投入此一技術。在汽車中，無線充電可能是無線技術的最後一塊拼圖，這是將重要的智慧型手機應用整合到汽車中所不可或缺的技術。然而，許多企業爭相建立標準，包括高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、英特爾(Intel)、Powermat、諾基亞(Nokia)、NTT DOCOMO以及其他許多公司。
無線充電並不是一個新概念，也非新的技術，但最近發布配備無線充電功能的新款智慧型手機越來越以此為賣點，如Nokia Lumia 920或樂金(LG)Nexus 4。Palm在2009年就已推出配備無線充電的Pre智慧型手機，但之後Palm便由此市場中消失；另外，Powermat在美國供應黑莓機(BlackBerry)與iPhone無線充電配件系統已有多年；同時，許多家庭也有使用無線充電的電動牙刷。無線充電近期頻繁地躍上新聞版面，主要關鍵在於無線充電標準的出現(圖1)。
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| 圖1 標準的制定讓無線充電話題重新燃起。 圖片來源：飛思卡爾 |
標準出籠增添市場信心 無線充電前景樂觀
制定標準將給市場帶來許多好處。首先，標準能解決相容問題，如A公司的充電器將可應用於B公司設備，反之亦然。一個典型的例子是電話系統，世界上任何電話都可以互相撥打，此現象已被視為理所當然，但若沒有一個全球標準其實是行不通的。
其次，標準意味著競爭的存在，但也會帶來許多好處，如較低的價格和創新。事實上，企業須要創新，使他們的產品在市場上具有獨特性。還有一個好處是有供應保證，即使一家公司可能會停止提供產品，但仍有別家公司可提供。
標準除了能使獨立測試實驗室推出認證程式之外，同時亦能帶來信心，因客戶不會投資沒有未來的產品。標準意味著當前產品也能與未來產品一起使用，因為標準認證過程可保證向後相容。標準所帶來的這些好處，正是消費者購買產品與市場成長的關鍵因素。
隨著無線充電標準的出現，分析師已預測該市場將面臨非常大的增長。ABI、iSuppli等市場研究機構的分析師們在2010年報告中都預測，無線充電市場於2012年啟動，2014年的出貨量將迅速達到數億件。近期如IMS公布的報告指出，認為2015年配備無線充電的設備出貨量將超過一億件，且到2016年市場價值將達50億美元。
由現在看來，分析師們在2010年時過於樂觀，因低估了標準開發、認證計畫推出以及市場接受的時間；但有一點沒有改變，在於智慧型手機、平板電腦和其他消費電子設備大量採用無線充電的長期願景。市場分析師已經把如曲棍球棒(Hockey-Stick)式的市場增長率預測調整為三年左右，但並沒有改變其長期樂觀的觀點。
智慧型手機搶搭 無線充電需求添動能
智慧型手機搶搭 無線充電需求添動能
2012年9月，無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)宣布，按照Qi WPC標準整合無線充電功能的智慧型手機，出貨量已達到八百五十萬支，在手機內部整合無線充電積體電路(IC)後，無線充電的出貨量更會大幅增加。
現在，無線充電IC可做為一個內建功能整合到智慧型手機中，不必像過去添加一個特殊的外殼或背蓋，如Nokia Lumia 920或LG Nexus 4等智慧型手機便為此例。
對於消費者來說，這種整合明顯降低了成本，並且不會增加背蓋或外殼的厚度；手機製造商也將為這些智慧型手機配套開發簡單、低成本的無線充電板，提供開盒即用的簡易體驗。智慧型手機將推動無線充電技術的增長，從數量上來說，這將成為無線充電元件最大的市場。
智慧型手機大規模採用無線充電也將帶動大量的配套產品增長，如JBL或TDK生產的無線音頻揚聲器。這些無線充電揚聲器整合了三種互補的無線技術：藍牙(Bluetooth)\(從手機接收音訊檔)、近距離無線通訊(NFC)(藍牙自動配對)和無線充電(保持行動電話充電)。這種技術組合提供了新的使用者體驗：音頻自動從行動電話傳輸到揚聲器，毋須硬體連接與配對機制，只須把行動電話放在揚聲器頂部(圖2)。此外，製造商同時還推出了其他配件，如無線充電藍牙耳機、個人電腦(PC)用的無線充電滑鼠，或內置無線充電的床頭鬧鐘。
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| 圖2 無線充電應用將由手機擴大至周邊產品。 圖片來源：Nokia |
內建無線充電功能的行動裝置和消費性電子產品劇增，將有利於建立公共和私人充電站等基礎設施。目前無線充電器已開始安裝在機場休息室、咖啡店、酒店等公共場所，很快將延伸至公共運輸和私人車輛。
在未來的汽車中，手機無線充電器將內置於汽車中央控制台，只要將手機放在控制台面的頂部即可進行充電，若把手機自動連接到汽車藍牙對講系統，還可以將手機連接到蜂巢式通訊系統和全球衛星定位系統(GPS)天線，以獲得更好的通訊；與此同時，手機應用和媒體檔亦將被傳輸到汽車資訊娛樂顯示螢幕上。這些無線技術整合在一起，將使先進的智慧型手機應用融入到汽車駕駛體驗中。
系統特性各占優勢 標準陣營旗鼓相當
無線充電系統的基本原理為磁場線圈感應電流，可分為磁感應(MI)或磁共振(MR)兩種技術，其差異在於發射和接收線圈之間的耦合係數，高耦合係數系統意味著兩個線圈應該是相鄰、對齊的；而採用較低的耦合係數的系統，可使接收器的位置離發射器更遠、放置更自由(表1)。
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WPC于2009年成立，創建了無線充電標準Qi，5年後WPC已擁有約兩百名成員以及許多認證產品，這種發展狀況有利於實現其最初目標。WPC制定了發射器的拓撲結構，確保現有的WPC接收器產品可向後相容；其發射器可以使用一個或多個線圈，在使用多線圈的情況下，能同時由一個或多個線圈來產生磁場。
第一個發射器拓撲使用緊密的電磁感應耦合，依靠數個(三到八個)線圈來支援X和Y的空間自由度，發射器和接收器之間的Z距離通常為5毫米(mm)。近來，WPC提出了一個新的發射器類型，Z空間自由度為5公分(cm)，採用自適應電磁共振原理，同時與現有的WPC感應耦合接收器保持向後相容。
另一個無線充電標準陣營是無線電力聯盟(Alliance for Wireless Power, A4WP)，成立於2012年，使用6.78MHz的ISM頻段來產生磁場的電磁共振無線充電系統。A4WP不支援WPC的緊密感應耦合機制，同時兩標準所使用的頻率有明顯不同，WPC使用100k?205kHz，A4WP則使用6.78MHz。
值得一提的是，其他公司或財團也使用ISM頻段進行無線電源傳輸，例如，英特爾已經展示在筆記型電腦和手機之間使用13.56MHz進行無線充電的原型；同時Eurobalise也指定了列車和地面軌道上的固定應答器之間的無線充電系統使用27MHz頻率。
值得注意的是，無線充電採用開放式標準是很重要的發展。表1中使用ISM MHz頻段的無線充電系統，必須依賴一條不同的頻帶進行電源傳輸和通訊，這無疑是由於ISM頻段極窄的特性，和嚴格的帶外發射要求所致。
另一項重點在於，這些技術是否有能力在3D空間中自由地放置與發射器配套的接收器。WPC起先採用一個緊耦合系統，現在正在創建一個自適應電磁共振發射器拓撲，可提供最高5公分的Z空間自由度，以及類似或更大的X和Y空間自由度；而A4WP和英特爾似乎提供相似的系統類型；另外，Eurobalise標準能從高速列車上將電源無線傳輸到鐵軌上的固定應答器，並以不同頻率傳回資料，因而具備獨特的優勢。
關於不同系統的效率、成本與相容放射標準的比較，表2提供一些參考。這些技術已按照所使用的頻段進行分組，一組是低於500kHz的WPC和Powermat系統，另一組是使用6.78MHz、13.56MHz和27.095MHz ISM頻段的其他系統。
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首先，對於這些系統來說，最重要的是符合有關人類射頻輻射和電磁相容性(EMC)輻射的法規，低於500kHz的系統在這方面表現較佳，擁有更大的匹配空間。至於ISM頻帶，目前仍在等待相關的具體資料，來證明這些系統確實符合美國聯邦通訊委員會(FCC)第十五部分、第十八部分以及CISPR11的規定。製造商方面將盡力符合這方面的規定，但利潤將會減少，同時較難管理長時間與大量的生產。
在效率、傳輸距離和系統成本等其他方面，這些技術各有優缺點，綜合起來性能相差無幾。對於ISM頻段系統來說，驅動電路更加昂貴，但線圈/天線更便宜；而低於500kHz的系統則相反。兩個頻段在傳輸範圍和效率方面的性能類似，都遵守相同的物理定律。
生態系統加速無線充電發展
當前有兩個開放式標準系統：WPC和A4WP。WPC Qi系統無疑領先一步，已發展4年以上，擁有約兩百名活躍成員，並在2011年發布了第一個規範，接著在2012年又發布1.1後續修訂版。2012年成立的A4WP，到目前已擁有約八十名成員。
WPC獲得了日本的蜂巢電話公司和供應商、美國威瑞森(Verizon)、Nokia和許多其他消費性電子產品公司的擁戴；而A4WP的主要成員和創建者是高通和三星。值得一提的是，三星和高通同時擔任這兩個聯盟的成員，其他許多A4WP成員也加入WPC陣營，而且隨著更多WPC公司加入A4WP以獲得其規範，這一比率可能增長。
WPC已授權了幾家不同的認證公司，這些公司可以提供官方的Qi認證標識。截至2014年初，約有四百個產品已獲得Qi認證，而一年前約為一百二十個產品。相比以前，這種增長率非常巨大。
大約有三分之二的WPC成員來自亞洲，20%來自美國、15%來自歐洲，這也明顯表現出採用這種技術的地區適應性。現在WPC正致力於將電流規格的功率擴展到最高15瓦(W)；隨後會將平板電腦或小型筆記型電腦的功率擴展到30瓦；最後，廚房工作組正在研究使功率提高到2,000瓦，為廚房電器進行無線充電。
目前正處於無線充電發展至主流的轉捩點，成功的要素已具備，標準已制定，同時大型原始設備製造商(OEM)和無線運營商亦致力於該技術。分析師們仍然預測該市場有巨大的增長，儘管比原先預期的晚了幾年。除了智慧型手機和消費性電子裝置外，其他裝置也可以受益於這種技術進步。
可攜式醫療設備、玩具、助聽器、機器人、專業音響設備、雙向無線電通訊設備和很多其他系統，將可以使用無線充電或無線電源傳輸。在有了解決方案供應商這條穩定的供應鏈之後，這些特定的應用將能找到很多解決方案供應商。技術有了，生態系統已經形成，還有一項未知數在於蘋果(Apple)將如何處理無線充電，這可能是影響該市場起飛的最後一項不確定性。
