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瑞薩新15W接收器擴展無線電源產品陣容

瑞薩電子(Renesas)推出P9415-R無線電源接收器,具備瑞薩獨家WattShare技術,成為其無線電源解決方案產品陣容的最新成員。全新15W無線電源接收器,讓智慧型手機、行動電源,以及可攜式工業用和醫療用裝置,可以對其他具有無線充電功能的行動裝置和配件,進行無線充電。P9415-R在收發器(TRx)模式下,發送功率的能力高達5W,而在Qi發射器上則可接收高達15W的功率,可以在旅途中為行動裝置充電,快速又方便。 瑞薩行動、基礎設施與物聯網電源事業部副總裁Andrew Cowell表示,2020年將會是無線充電成為主流的一年,無線充電將從高階智慧型手機擴展到中階裝置,並在智慧型手機市場以外的消費性和工業用裝置中,獲得更廣泛的採用。有了P9415-R,很高興可以將運用尖端科技的WattShare技術,讓各式應用產品的使用者,更廣泛使用強大、可擴充而且有彈性的解決方案,實現快速、便利且經濟的可攜式裝置無線充電。 P9415-R以瑞薩特有的WattShare技術為基礎,結合接收器和發射器功能,只需將智慧型手機、智慧型手表、真無線耳機和其他裝置,放在智慧型手機或其他工業用和醫療用可攜式裝置上,即可進行無線充電。在WattShare TRx模式下,P9415-R讓這些行動裝置可以改變電源流向,並提供高達5W的功率來為其他裝置充電。客戶可以使用同一組無線電源線圈和同一組P9415電路,以無線方式接收和發送電源。
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恩智浦推出車載多重裝置無線充電解決方案

恩智浦半導體(NXP)宣布,首款由單個MWCT控制器驅動的多重裝置車載無線充電解決方案現已部署至量產車輛中使用。恩智浦推出全新15W無線充電標準,進而實現更快的充電速度。此全新解決方案使乘客和駕駛可以在一個控制台上同時進行無線充電,讓汽車製造商能夠為其客戶提供不同的乘車體驗。無線充電在車輛上使用單個MWCT裝置,可使汽車製造商受益於降低的成本以及減少的實體足跡(Physical Footprint)。此解決方案以Qi標準為基礎,可以為所有支援Qi標準的手機充電,包含iPhone、三星、華為和小米等手機。 智慧型手機已成為數位生活的核心,它們與車輛的相互操作(例如透過NFC使用智慧汽車門禁)更是不斷鞏固智慧型手機在數位生活的重要性。無線充電是個輕巧的解決方案,擺脫笨重雜亂的充電器和充電線,使用者對於無線充電的需求正持續增加。 全新MWCT系列採用恩智浦特有的混合DSC核心並配備專用的周邊裝置,使兩套獨立的Qi協定可並行運行於單個MWCT控制器。Clean EMC(CEMC)等全新專利技術帶來突破性的電磁相容效能,其皆為CISPR 25 Class 5在15W系統的標準需求。OEM可以運用這些革新技術,縮減系統的整體物料清單。
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安全認證做好做滿 無線快充方便又可靠

隨著技術發展逐漸成熟,無線充電所涉及的應用領域也更為多元,從最初的智慧型手機、無線耳機、智慧手表和行動電腦,已延伸到家電、家具、汽車和物聯網相關裝置。在2019年第一季,無線充電聯盟WPC(Wireless Power Consortium)公布的會員總數,就已經逼近650家會員,產品取得Qi認證的數量達到了3,700個型號大關。 無線充電逐漸成熟 結合快充更便利 根據Data Bridge Market Research市場研究報告指出,2018~2025年之間,全球無線充電市場可望以60.22%的年複合成長率增加至2025年的1,453億美元。市場資料在在顯示,無線充電技術將逐步邁向普及。 發展數十年的無線充電技術,直到近年才真正應用於產品上。目前最完整的規格標準為WPC所提出的Qi 1.2.4版本:Basic Power Profile(BPP<=5W),Extended Power Profile(EPP: 5W-15W),其採用的最大功率為15W,相較幾年前常見的5W已提高很多,因傳輸的功率提高,充電時間減少,大家便開始稱它是無線快充。 然而,真正要判斷是否為無線快充,其考量點須延伸到無線充電版的輸入端,其必須搭配18W以上的快充電源供應器,讓手機在無線充電板上可以成功接收到15W的電量(圖1)。 圖1 無線快充裝置技術條件須具備Quick Charge Wireless Power、QC2.0/3.0/4/4+快充技術並符合Qi規格。 最新發布的高通無線快充,是應用於無線充電板輸入端的技術,並結合既有的Quick Charge 2.0/3.0和Qi,建構完整且安全的無線快充系統。讓使用者利用片刻時間,就能幫手機快速充電,以面對下一個預期或突然發生的外出行程。 無線快充三步驟 分析無線快充原理,先從兩部分來看。第一個部分,快充電源供應器和無線充電板之間的訊號傳遞接收正常,判讀正確,快充電源供應器根據需求步階或固定檔位調整Vbus輸出。第二個部分,無線充電板和手機之間,EPP比BPP多了協商階段(微調功率傳輸參數、異物偵測初始判定)、校正階段,和再次協商階段,能協商也代表無線充電板與之前相比,多了向手機回覆訊息的能力,下面就以技術的觀點出發,帶大家了解無線快充。 無線充電板須偵測電源供應器型式 首先,無線充電板必須先偵測電源供應器的型式,無線充電板於USB Data Bus發出50%工作週期(Duty Cycle)的脈波給電源供應器,會有下列三種情況: .電源供應器回應上述脈波,並以步階0.2V調升或調降Vbus,表示連接到Quick Charge 3.0電源供應器。 .電源供應器沒回應上述脈波,但回應USB Data Bus指定電壓準位,調升Vbus為9、12或20V,表示連接到Quick...
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創新功能搶商機 無線充電IC兵家必爭

無線充電IC市場需求持續上漲,預計市場競爭格局將從集中走向分化,創新應用是目前產業搶攻市場大餅的主要策略。根據市調機構MarketWatch的研究,在未來五年內,無線充電IC市場收入的年複合成長率將達到19.1%,到2024年全球市場規模將達到52億美元,而2019年將達到21億美元。 無線充電是指不需要電線或電纜就能從電源傳輸能量的技術。無線充電技術由兩個部分組成:發射器(即實際充電站本身)和接收器(位在進行充電的設備內)。而無線充電IC便是無線充電技術的核心部分。 目前無線充電IC市場的主要廠商包括IDT、德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)/飛思卡爾(Freescale)、亞德諾半導體(ADI)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、意法半導體(ST)、安森美半導體(On Semiconductor)、Semtech、羅姆(ROHM)、東芝(Toshiba)、Panasonic、美信(Maxim)、凌通科技(Generalplus)等等。無線充電IC產業預計將繼續以創新為主要發展方向,策略性收購和組成聯盟等也是廠商增強影響力的關鍵戰略。同時,還有優化產品組合,也能進一步提升附加價值,實現利潤最大化。 無線充電IC具有巨大的市場潛力,過去十年中有數家新廠商進入了全球無線充電IC市場。預計新廠商的進入將促使現有廠商進行反擊。這種現象可以引發更好和更具創新性的戰略,進而導入新產品線或擴大生態系範圍。雖然目前全球無線充電IC市場的競爭格局依然集中,但預計未來幾年將逐漸走向分化。 值得一提的是,亞太地區是全球無線充電IC市場的最大市場,在2017年占了市場總額超過70%。由於無線充電的方便特性,無線充電IC的使用持續成長,推動了亞太地區市場的發展。 看好無線充電市場 IDT推WattShare系列 無線充電IC市場發展正盛,近日IDT抓緊機會推出WattShare系列無線充電半導體,使智慧型手機不只本身能無線充電,還能夠為其他行動設備進行無線充電。IDT的新型無線充電IC結合了接收器和發射器功能,只須將智慧型手機、智慧型手表、無線耳機和其他行動設備放在採用了WattShare技術的智慧型手機上即可進行無線充電,IDT期望藉此加快無線充電應用步伐,同時提升消費者無線充電使用體驗。 IDT無線充電部門總經理Christopher Stephens表示,支援WattShare的智慧型手機可以隨時為智慧型手表、無線耳機、和其他行動設備充電,讓用戶免於攜帶累贅的充電器與行動電源,或是必須到處尋找可用的插座充電。WattShare技術有望讓智慧型手機成為無線充電生態系統的中心,使消費者能夠享受最輕鬆簡單的智慧型手機充電體驗。 目前常見的無線充電使用磁感應(Magnetic Induction)充電,將智慧型手機放置在Qi無線充電板上,便可以直接進行充電而毋須拔插電線。智慧型手機從充電板接收電源,通常約為5~10W。然而,採用WattShare技術的無線電源接收器IC可以改變功率流的方向,將智慧型手機從電源接收器轉換為電源發送器。在採用了WattShare技術的智慧型手機背面放置另一支智慧型手機或其他行動設備時,就可以直接開始無線充電。 對於那些致力於為消費者帶來更良好使用體驗的智慧型手機、智慧型手表、無線耳機等行動設備OEM而言,IDT的WattShare無線充電技術將是一個引人注目的解決方案。WattShare使智慧型手機在為其他行動設備充電時可以提供高達7W的功率,並可以接收15W甚至更高的功率。據悉,目前幾家知名的智慧型手機製造商已經採用了WattShare技術,並成功創建了一個無線充電生態系統,讓客戶能夠為行動配件設備或朋友的手機充電。 無線加上快充 方便更要省時 搶攻無線充電市場,高通(Qualcomm)在西班牙巴塞隆納世界行動通訊大會(MWC 2019)上,正式發表了支援無線快充的Qualcomm Quick Charge技術,並推出納入Qi相容性的測試認證計畫。Quick Charge的合規認證計畫由國際安全科學機構UL負責監管,此次加入了無線充電以及Qi標準測試。 UL副總裁暨電子科技產業亞太區總經理于秀坤表示,根據市場研究報告指出,2018~2025年之間,全球無線充電市場可望以60.22%的年複合成長率增加至2025年的1,453億美元。 高通此次將快充技術套用在無線充電板中,並提供向下的相容性和未來的發展性,讓使用這項新標準的無線充電板可以搭配過去的Qualcomm Quick Charge 2.0、3.0、4和4+充電器,落實無線快充的廣泛應用。 電池快充技術已成為各家手持裝置廠商的必爭之地,如何讓電池在穩定的狀況下完成快速充電,成為各大廠的棘手挑戰。 UL與高通的合作早從2014年的Quick Charge 2.0時期開始,並為其授權的測試認證實驗室。最新版的Quick Charge 4與4+技術,可讓終端裝置在短短15分鐘內就可從0%充到50%的電量,除了可延長電池使用的時間,更能加強安全性,並延伸支援無線快充。
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氮化鎵電晶體添柴加薪 無線充電功率密度更進一步

氮化鎵崛起 無線充電設計添新力 目前最常用的無線充電標準是感應式(Qi),其操作頻率範圍介於100到300KHz,系統允許對單一裝置在非常靠近的距離且特定的方向充電,隨著無線充電在消費性與工業市場的需求提高而被許多設計者採用,無線充電使用的class D與class E諧振逆變拓撲不是新的技術,但因為其諧振耦合的優點早已被使用在射頻的應用,這些拓撲被應用在無線充電的發射端,其可達到高效率在1到10MHz的操作頻率範圍。 AirFuel聯盟提出操作頻率6.78MHz在工業、科學與醫學領域的方法,利用高Q因子諧振器之諧振感應耦合來達到較弱的磁場與較長距離的功率傳輸,這可以同時對幾個不同方向的裝置充電。法拉第定律說明線圈的磁場變化造成電位的產生,無線功率傳輸中之RF功率放大器驅動功率傳輸單元(PTU),是由一個調諧電路的線圈去產生一個變化的磁場所組成。 相對地,功率接收單元(PRU)也是由一個電路的線圈調諧在相同的頻率所組成,兩者間交錯的磁場而感應電壓,這個電壓取決於磁場通量的變化率與線圈圈數,接收單元的線圈輸出電壓經過整流然後轉換成手持式裝置所需的電壓範圍,耦合的好壞則取決於兩個線圈間的距離,這裡定義為耦合因子k,k值小於0.5代表著鬆散的磁性諧振耦合。 氮化鎵相對於矽是新的技術,其優點早已驗證於RF系統之應用,目前也因為優異之品質因數(Figure of Merit)而被許多電源應用所採用,圖1顯示氮化鎵技術與幾家不同廠商矽技術之比較,以對數的表示方法來幫助了解氮化鎵技術所帶來跳躍式的進步。 圖1 氮化鎵與矽技術在FOM之比較 採用氮化鎵放大器 電路調諧更容易 為了方便瞭解class D的功能,將圖2分成兩個方塊來做說明: 圖2 class D功率放大器簡化圖 .切換開關:將輸入Vin直流訊號建立成方波。 .濾波器:LC濾波器會將雜訊濾除,並以相同的頻率在輸入的方波建立正弦波,此外LC諧振器還能夠阻隔直流,因此跨在負載上將會只有交流訊號。 經由濾波器一次諧波之正弦波電流可以容易地計算得到跨於負載的電壓,LC阻抗考慮一次諧波在諧振頻率為零,負載的輸出電壓如公式1所示  公式1 輸出功率則為 公式2  整理式1與式2可以得到輸入電壓: 公式3 Class D拓撲操作在零電壓導通的切換頻率為6.78MHz,高切換損失將會造成低效率,傳輸天線的電流通常都不大(1~2A),為了能夠傳送足夠大的功率,輸入電壓(50~100V)就得提高,高輸入電壓與高切換頻率需要操作在零電壓切換以降低功率損耗,為了達成零電壓切換,常用的方法之一是額外加一組LC網路以建立三角波電流。三角波電流確保半橋的中點電壓在死域時間(Dead Time)消失之前完成轉態,class D拓撲的設計準則如公式4:  公式4 其中的QOSS為切換開關的輸出電荷,∆I 為零電壓網路所產生的漣波電流,公式4表示較低的切換開關輸出電荷,將會導致較低的漣波電流,換句話說,當漣波電流固定,較低的切換開關輸出電荷,將會更容易達到零電壓切換。零電壓切換主要的功率損失,如公式5所示: 公式5 其中IZVSRMS是零電壓切換網路的均方根電流,ESRZVS則為零電壓切換網路的雜散等效電阻。零電壓切換操作取決於阻抗性負載,且需要適當地阻抗匹配,建議使用低QGD來確保萬一操作在非零電壓切換操作的時候,切換開關有較低的損失。 另外,切換開關的QG越低,相對地元件的驅動損失也可以降低,如圖3所示,氮化鎵電晶體相較於矽MOSFET的功率損耗可以降低30%,進而提高功率密度。 圖3 氮化鎵與矽於損失之比較 Class E功率放大器拓撲由提供直流的電感L1、切換開關Q1、諧振電路以及負載所組成。如圖4所示,Q1以固定50%責任週期的6.78MHz頻率做切換,當電路調諧至與汲極之半波弦波電壓相同頻率且峰值為輸入電壓的3.56倍,在下一個切換週期開始之前折返到零,如此以達到零電壓切換的操作,為了實現零電壓切換,負載阻抗必須為純電阻性,阻抗匹配網路放置於功率放大器與傳送諧振器之間,以取消所有無功的部分(Reactive Element)。 圖4 Class E放大器主要電路成分 L2、C1與C2的值是取決於諧振頻率,當開關關斷,C1與Q1的汲源r極等效電容並聯,而導致較高的諧振頻率,當開關導通,較低的諧振頻率則由L2與C2決定,對於零電壓切換操作,切換頻率必須在較高與較低之諧振頻率之間,當電路諧振在高於切換頻率,汲極電壓達到較高的峰值,可能為輸入電壓的7倍之多,汲極電壓會在下一個切換週期開始降到零,本體二極體在這一段時間內導通。 另一方面,當電路諧振低於切換頻率,汲極電壓在下一個切換週期開始之前不會降到零,這將會導致硬切換而造成高切換損失,尤其是在切換頻率6.78MHz時。為了達到較高的功率放大效率,電路必須被正確地調諧而且輸出電流不能太高,以避免L2的導通損失與在6.78MHz之集膚效應的渦流損失。 這裡以一個16W class E功率放大器,使用200V/125m歐姆 OptiMOS 3切換開關BSC12DN20NS3,為了評估功率放大器之效能與效率,其電阻性負載在5歐姆、15歐姆及25歐姆做測量,所量測而得之效率介於91~92%之間,25歐姆操作波形如圖5所示。 圖5 使用矽MOSFET之Class E放大器操作波形 圖5最下面的波形為汲極電壓,可以看到其形狀不是純半正弦波,在較低電壓時有擴散特性,這會形成在下一切換周期之前,汲極電壓還不會掉到零而導致硬切換,這個效應主要是由電路中MOSFET COSS所造成,矽MOSFET在低壓時其COSS會增加很大而造成失真,雖然這電路還是操作在可以接受效率與硬切換損失範圍內,但是這造成電路需要重調,因而導致高峰值電壓且降低最大輸出功率能力,且輸出阻抗範圍也會降低。 如圖6為兩個功率切換開關之COSS特性比較,在低壓時氮化鎵電晶體之COSS增加較矽MOSFET為少。 圖6 矽MOSFET與氮化鎵電晶體之COSS比較 同樣地,同等級BVDSS與RDS(ON)的氮化鎵電晶體以相同電路量測,氮化鎵電晶體的汲極波形如圖7所示,較接近正弦波形,並沒有硬切換出現,峰值電壓為輸入電壓的3.56倍,亦即電路操作在理論之最佳化,允許操作在較寬的負載阻抗範圍,並且實際上的電路更容易調諧。 圖7 使用氮化鎵電晶體之Class E放大器操作波形 氮化鎵實現更高功率密度 本文介紹了無線充電之基本原理,並且列舉兩個常用在無線充電應用的功率放大器拓撲,比較矽MOSFET與氮化鎵電晶體之效能,氮化鎵電晶體具有較低閘極電荷、等效汲源極輸出電容COSS與零反向回復等優點,高效率與節省電路板面積,可以幫助電源設計者能夠達到高功率密度的需求 。 (本文作者皆任職於英飛凌)
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U-way護無線充電產品安全

eBay&Intertek合辦的採購與優質供應商對接洽談會在羅湖香格里拉酒店成功舉辦。U-way作為優質供應商代表出席此次盛會並以「eBay千帆,品質護遠航」發表主題演講。同時也分享了無線充電行業的資訊與快速發展,獲得了各大電商品牌的認可。 「千帆計劃」為中國品牌出海護航,扶持並推廣優質,合規的品牌產品。在eBay的大力推動下,僅2018年就有將近400個中國賣家的自有品牌通過千帆計劃登錄eBay。其中銷售額增長最快的品牌已經實現了半年內銷售額翻10倍。 同時intertek電子電氣事業部的副總監也在會中發表了演講,分享了電氣和電子產品合規性的7個關鍵領域。此外也指出了高品質、安全的產品才能獲得長期的發展。其中提到無線充電行業的高發展與前景,鼓勵買家多尋求新的,高品質電子產品,實現電商時代新一輪的突破。 近年來,隨著無線充電市場的發展,佑驊公司將繼續大力發展Qi認證的無線充電發射與接收模塊,並鼓勵各行各業與無線充電行業結合,創造出跨界產品。在未來,無論是家具業,家電業,音箱業,汽車業,工具機業,醫療器材業,甚至是其它特殊產業,都能輕鬆通過佑驊的模塊輕鬆導入Qi無線充電技術。
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中高功率技術成熟 無線充電需求只增不減

電池充電技術已正式邁入無線化與快速化的發展階段,特別是在消費性電子領域,導入無線充電與快速充電技術的產品已愈來愈多。現階段,無線充電技術以Qi標準的規格為市場主流,充電功率已可達15W,無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)Qi規格團隊也正積極研議60W的技術規格,期能滿足筆電、工具機和醫療器材等更多應用。 在行動電話、小型家電與穿戴裝置的帶動之下,在2017年無線充電的消費電子設備出貨量比2016年增加了40%(圖1)。無線充電收發器的出貨量皆在持續成長當中。 圖1 全球無線充電市場預測 資料來源:IHS 根據市場調查機構IHS報告統計,在2017年,智慧型手機開始導入無線充電,是推動該市場成長的主要動能。經典的電動牙刷應用,也持續推動小家電的無線充電滲透率。而Apple推出的智慧手表Apple Watch已於2017年開始導入無線充電,可以說是引領了穿戴裝置導入無線充電的潮流,在未來,穿戴裝置將成為帶動無線充電接收器出貨量成長的重要動能。 另一方面,快充技術目前則是高通(Qualcomm)、聯發科、華為、OPPO等大廠各自推廣自家技術,不過在USB開發者論壇(USB-IF)日前宣布USB PD 3.0將支援可編程電源(Programmable Power Supply, PPS)功能後,可望一統快速充電規格,讓快充技術的應用加速普及,並為充電器和相關配件製造商帶來更大商機。 中高階市場為商機 無線充電功能已大舉導入消費電子市場,如今搭載無線充電功能的智慧型手機已非新鮮事。接下來,將更為注重充電速度與效率。儘管無線充電零組件成本高,但在未來,台灣廠商應該將經營重心設定在較為精緻的中高階設備市場,更須時時關注高功率標準制定與新興應用的進展,才能搶得商機。 安富利(AVNET)台灣產品管理經理楊士緯(圖2)分享,在2018年Apple將無線充電功能導入iPhone之後,終端使用者開始慢慢認識到無線充電此一功能,對於該功能的要求以嘗鮮居多,鮮少對於充電效率有過多要求;然而在邁入2019年之後,終端使用者將會對於充電效率、充電速度有更高的要求,也將開始有品牌認同出現。在此階段,楊士緯認為接下來無線充電的機會將是較為精緻的中高階市場,而台灣廠商也應當朝此方向經營。 圖2 安富利(AVNET)台灣產品管理經理楊士緯認為,中高階市場是未來無線充電的商機所在。 楊士緯進一步說明,在初期WPC將輸出功率5W以下定位為低功率;5~120W為中功率。然而由於5~120W的功率區間過大,因此在2015年重新將功率輸出化分為5W以下的BPP(Baseline Power Profile)和5~15W的EPP(Extended Power Profile)標準。真正的中功率,則定義為60W以上。 面對中功率的定義發展,有業界人士認為60W的發送端(Tx)也必須向下支援5~15W的充電設備的接收端(Rx)。目前Qi規格的Tx加上Rx一套無線充電模組成本約6~9美元不等,然而,中功率一組成本則有可能高達100美元。因此,為了商業化的成本考量,此路線是否實行依然未成定數。楊士緯說明,現今WPC聯盟已確定將先推出針對廚具、廚房家電市場的高功率(100~2,400W)標準,目前商標與標準名稱已在聯盟投票決議中。 楊士緯進一步預測,自2018年底至2019年初會看到EPP的Tx產品越來越多,65~120W的高功率需求也將在2018下半年逐漸上升;車載的Tx也會逐漸普及。另一方面,儘管穿戴裝置的Tx與Rx普遍有較多客製化需求,但是因為穿戴式裝置對於防水的需求,因此也將成會帶動無線充電滲透率的重要動能。 穿戴裝置帶動未來成長 隨著終端消費電子使用者對於無線充電功能日趨熟悉,該功能在消費電子的滲透率也將隨之提升。目前,帶動相關元件出貨量的設備依然以智慧型手機為主,然而,在未來由於穿戴裝置相關的使用情境相當適合導入無線充電功能,因此,也有望帶動下一波無線充電元件出貨量的成長。 意法半導體類比與微機電產品應用經理周文介(圖3)指出,無線充電於消費性產品的應用優勢在於方便性較高;也由於少了接頭拔插的耗損,使得設備更加安全、可靠度也較高。但是也依然有待眾廠商齊力突破的挑戰,例如,無線充電相關元件成本依舊過高,同時也由於目前主流的磁感應無線充電技術,需要緊密貼合Tx與Rx,因此將使得設備的外觀設計受到局限。 圖3 意法半導體類比與微機電產品應用經理周文介指出,良好的應用情境設定是推廣無線充電的關鍵。 儘管如此,無線充電的聲勢與使用人數依然在持續提升當中。周文介提到,從2017年開始,無論是Tx還是Rx皆有很大的成長,前年同期相比,兩者出貨量總計成長幅度高達40%;成長的主要驅動力依然來自智慧型手機。WPC亦公布數據,在2018年6月已有90種型號的智慧型手機導入Qi規格的無線充電功能。 對於無線充電而言,良好的應用情境設定將是關鍵。周文介舉例,由於電動牙刷使用環境潮濕,但較少移動設備,因此主要充電座只要安裝在浴室即可。因此,電動牙刷是至今最為成功的無線充電應用實例。可以想見的是,由於穿戴裝置的某些使用情境特性與電動牙刷相似(例如,防水、抗濕氣的需求等等),在未來也將成為無線充電應用的重要戰場。 快充設計挑戰不可忽視 除了無線充電是未來的應用趨勢之外,快速充電也是消費電子市場非常看重的技術走向。電池續航力是一般消費者在智慧型手機使用體驗中,最為在意的要素。在未來,USB PD PPS結合USB Type-C將為手機、筆記型電腦等多種設備帶來快充體驗,然而,寬電壓的應用需求也為架構設計帶來挑戰,立錡科技也為此推出了相對應的解決方案。 立錡科技AD研發處技術副處長張煒旭(圖4)指出,在待機功耗遲遲沒有辦法降低的情況下,當今許多高階機種,皆已將智慧型手機電池容量提升至3,500~4,000mAh,以提升使用者體驗。除了提升電池續航力之外,就是將適配器的功率提升,降低所需要的充電時間;目前已有新技術將充電功率提升至20W,近日Vivo更提出了50W的架構。 圖4 立錡科技AD研發處技術副處長張煒旭指出,PD充電器的設計依然有些許挑戰待突破。 近來,USB-IF提出了架構在USB3.0之上的USB PD PPS規範,整合了高電壓低電流、低電壓大電流兩種充電模式,除使得電壓調節更為精準之外,也能支援PE4.0與QC4.0。 另外,張煒旭進一步說明,目前配備USB Type-C的設備越來越普及,支援USB PD PPS快速充電的設備也將越來越多。由於PD3.0能夠支援到15V~20V電壓,因此在未來甚至不僅是手機的應用,也將取代傳統筆記型電腦的充電適配器。 儘管市場看好,然而未來在PD充電器的設計上,依然有些許挑戰待突破。穩定CV控制迴路便是挑戰之一。張煒旭指出,在以往適配器只須滿足5V、12V的電壓輸出,如今卻必需要支援到20V以上,由於電壓營運範圍過大,控制範圍較寬,因此成為技術挑戰。為因應相關技術挑戰,立錡科技所推出的IC產品內含70V的LDO(Low Drpout),以因應寬電壓範圍的應用需求。
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NXP推出高整合行動電源解決方案

恩智浦半導體(NXP Semiconductors)近日宣布推出高度整合行動電源解決方案(Power Bank Solution),支援最新、最快的行動設備充電方法,包含支援15瓦無線充電與Qualcomm Quick Charge 4+快充輸出。恩智浦行動電源解決方案旨在提供超過50瓦的功率,並為智慧型手機、手錶、平板電腦和筆記型電腦提供不同功率水準的快速同步多通道充電,只需充電5分鐘,即可為行動設備提供長達5小時的電池續航時間。 使用此解決方案,恩智浦的客戶能更快且更省力地設計行動電源應用。恩智浦客戶及合作夥伴加百裕工業股份有限公司(Celxpert Energy Corporation)即認為全新恩智浦行動電源設計符合市場需求,能支援最新功率輸出技術,包含具有無線快充功能的智慧型手機。加百裕亦與恩智浦合作提供客製和製造服務,進一步降低行動電源供應商的工程成本與縮短上市時間。 恩智浦行動電源解決方案支援無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)Qi標準,適用於功率傳輸、通訊和安全。基於Qi認證的MP-A11拓樸(Topology)結構,其固定頻率設計能支援高達15瓦的Qi無線充電設備,包括為最新款智慧型手機提供最快速的無線充電功能。
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2018~2023年無線充電接收器累計出貨達60億個

無線充電應用越來越廣泛,根據產業研究機構IHS Markit最新研究指出,預計所有應用、產業和產品領域的無線電力接收器和發射器的年度出貨量將從2017年的4.5億台成長到2023年的22億台。預期2018年至2023年接收器出貨量累計超過60億個,而接收器出貨量則超過27億個。 IHS Markit說明,2017年,近3100萬台支援無線充電的穿戴式設備出貨,預計2023年無線充電醫療設備(消費性)的出貨量將成長至約1300萬台,主要是助聽器市場的發展。就單位出貨量而言,2017年的前三大接收器應用是智慧手機、穿戴式設備(如智慧手錶)和個人護理設備(如電動牙刷)。 在Apple的iPhone 2017年正式導入磁感應(基於Qi)無線充電技術之後,其他無線電源解決方案供應商已經從手機轉移到其他領域,以尋找新的機會。包括穿戴式設備、醫療設備和電動汽車(EV)領域的機會。 IHS Markit認為,2019年,市場預計將推出更廣泛的應用和產品區隔市場。並將採用無耦合解決方案,使用射頻(RF)或紅外線(IR)技術。多頻解決方案適用於可攜式應用,如手機和智慧手錶,預計未來四年內市場占有率將提升。汽車(EV充電)是另一個受到廣泛關注的無線電源解決方案領域。  
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6~200W設備共用Tx AirFuel MR搶消費市場

AirFuel聯盟將持續以磁共振(Magnetic Resonance, MR)無線充電技術為武器進攻消費型產品市場,並以更高的設備擺放自由度為重要優勢,更要支援一個充電器同時為5~200W的終端裝置充電。 在2017年蘋果(Apple)將WPC Qi規格的磁感應(Magnetic Induction, MI)無線充電技術導入iPhone之後,終端使用者對於手機的無線充電功能使用已非常熟悉。AirFuel無線充電聯盟主席Sanjay Gupta認為,目前使用者已經認識到了磁感應的無線充電技術,意味著市場現已進入無線充電1.0時代,然而該技術最大的缺點在於必須將設備毫無偏差地瞄準充電器,並不符合消費者對於無線充電功能的期待。在未來,無線充電市場勢必會持續往設備擺放自由度更高的無線充電2.0發展。 隨著AR/VR、物聯網(IoT)等等應用持續發展,相關終端設備數量亦持續提升,進而使得無線充電市場持續擴大。Gupta說明,在未來無線充電功能的發展方向勢必為朝著消費者的需求發展。這些需求包含:多設備同時充電、更高設備擺放自由度、更高充電效率、更高功率設備充電以及更低的開發成本。 若要提升無線充電Tx與Rx的距離,提升設備擺放自由度,進入無線充電2.0時代,可以透過磁共振與RF兩種技術。Gupta指出,目前該二技術皆已經成熟,零組件成本也已經下降至消費型產品可以負荷的範圍之中,市場上隨時可以看見相關的終端產品出貨。 一個Tx可以同時為多個Rx充電是磁共振無線充電技術的重要優勢。然而不僅如此,Gupta也提到,AirFuel的重要目標之一,便是讓5W、60W、200W的設備同時通過一個充電器一起充電。此功能也將成為與磁感應聯盟競爭時的重要優勢。  
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