無線充電技術經過數年的推廣與(yu) 演進後開始受到各界矚目。無線充電是指具有電池的裝置透過無線感應的方式取得電力而進行充電，其方便性可以讓消費者願意支付額外的費用購買(mai) 無線充電相關(guan) 產(chan) 品；因為(wei) 有商機才會(hui) 有廠商願意投入相關(guan) 產(chan) 品開發，目前可以知道非常多知名品牌廠商已經將無線充電這個(ge) 功能列入新一代的產(chan) 品的規格之一。由於(yu) 這產(chan) 技術相當新穎且各廠商有自己對技術的表述，所以無線充電、感應式電力、非接觸充電、無接點充電都是泛指相同的技術，距離1mm到數公尺都是一樣是無線，供電端與(yu) 受電端交互作用就稱感應，所以無線充電是廣義(yi) 的名詞沒有一定的規格。

原理簡單,實作困難

無線充電的方法在實驗階段有開發出很多方法，但目前唯一有機會(hui) 量產(chan) 商品化為(wei) 線圈感應式。線圈感應式的原理很簡單，是百年前就被發現物理現象，但過去長久以來這樣的線圈感應隻運用在繞線式的變壓器中。早期就有人發現將繞線式的變壓器的將“E”型鐵心繞線後對向緊貼後接上市電就可以感應傳(chuan) 電，但距離略為(wei) 分開後感應效果就消失，這是因為(wei) 在市電60Hz下，電磁波傳(chuan) 遞會(hui) 隨著距離增加能量快速衰退。在現今的應用中，由於(yu) 裝置本身需要有外殼包裝，發射端加上接收端的外殼厚度至少從(cong) 3mm起算，早期電動牙刷產(chan) 品開發時就發現當距離拉開後需要將線圈上的操作頻率提高才能讓電力能傳(chuan) 送的更遠；在電磁波中有一個(ge) 特性，就是頻率越高的電磁波可以傳(chuan) 送比較長的距離後能量衰減較低。後來RFID應用開始發展，主要就規劃的三個(ge) 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線電力係統在設計之初頻率采用的參考點。早在10年前電動牙刷的無線充電就已經上市，當時的傳(chuan) 送功率小、充電時間長，在現在的智能手持裝置的耗電狀況來看，當時的充電能量不敷使用所以10年來還無法實用化。但這幾年來發展出新的技術可用較高的“共振”接收效率運作方式，由於(yu) 這個(ge) 技術較新所以各界的說法很多，但都是有一個(ge) 很重要的特性，就是接收線圈上都會(hui) 有配置電容來構成一個(ge) 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。這部份就跟早期的電磁感應不同，當距離拉開後依然就可以得到良好的電力傳(chuan) 送效果。共振的原理非常簡單，就跟鋼琴調音師一樣放不同水量的玻璃杯，在精準的調音下可以將某個(ge) 玻璃杯透過共振將其振碎；但其它的文章都沒有提到，若是沒有經過專(zhuan) 業(ye) 鋼琴調音師訓練的一般人，可能永遠也調不出可以讓玻璃杯振碎的頻率！這就是原理簡單、實作困難。

展示簡單,上市困難

電子零件出廠時就像是未調過音的鋼琴，鋼琴透過專(zhuan) 業(ye) 的調音師精準調校後可以發出高品質的聲音；當大量生產(chan) 後為(wei) 了成本考量可能就無法在每一個(ge) 產(chan) 品都經由專(zhuan) 業(ye) 人員調校再出貨，如果每一個(ge) 產(chan) 品都要專(zhuan) 業(ye) 人員來修正那就會(hui) 有困難，因為(wei) 專(zhuan) 業(ye) 人員有限。這就跟目前可以看到很多無線充電產(chan) 品在很久前就發表了，在發表會(hui) 上產(chan) 品都可以完美演出，但過了很久的等待後還沒見產(chan) 品上市？就跟剛提到的例子一樣，無線充電的產(chan) 品為(wei) 了達到很好的共振效果必需經過精準的調校，在這樣的狀況下量產(chan) 會(hui) 變的非常困難。所以無線充電係統的設計首先必需要能針對共振這部份能自我調整，這樣才能解決(jue) 量產(chan) 難題。2008年INTEL即發表了可以離一公尺距離的兩(liang) 個(ge) 線圈傳(chuan) 送電力用以點亮60瓦特燈泡，發表當時也宣告了無線電力時代已經到來；但三年過去了相關(guan) 產(chan) 品還是沒有上市，仔細想一下可以相距一公尺傳(chuan) 送電力，這麽(me) 強大的電磁能量就算對人體(ti) 沒影響、對周遭的電氣製品會(hui) 有非常大的殺傷(shang) 力。無線電力係統的原理與(yu) 烹調電磁爐相同，透過電磁波來傳(chuan) 送能量隻不過目標不同，電磁爐使用頻率約50KHz能量發出後給鍋具加熱用已烹飪，過去網絡上就有流傳(chuan) 過一段影片就是將手機放在運作中的電磁爐表麵上，在短時間內(nei) 手機即燒毀，這樣的原理一樣電磁波會(hui) 穿過手機外殼直接對內(nei) 部的金屬構造加熱終至燒毀。前文題到過，為(wei) 了加長傳(chuan) 送距離必需提高傳(chuan) 送頻率，電磁爐的頻率較低在離開數公分後就衰減到安全界限以下，INTEL發表的相距一公尺傳(chuan) 送電力必需將頻率提高到約13MHz才能傳(chuan) 送，在這個(ge) 狀況下線圈之間若是存在金屬物體(ti) 將會(hui) 被加熱而發生危險，表演中工作人員可以站在兩(liang) 個(ge) 線圈中間不會(hui) 有危險，是因為(wei) 人體(ti) 內(nei) 的金屬成份很少所以溫度上升有限。當電磁波頻率加到1GHz以上就會(hui) 直接對水分子加熱；這個(ge) 原理就變成微波爐了，水分子被電磁波攪動後發出熱量。所以微波爐與(yu) 電磁爐不一樣，必需在屏蔽體(ti) 內(nei) 操作避免為(wei) 害到人體(ti) 。這部份又與(yu) 市麵上的無線通訊產(chan) 品不同，因為(wei) 能量差距甚大；無線電力係統需要傳(chuan) 送電力而發送到受電裝置所以需高功率傳(chuan) 送，無線通訊產(chan) 品收到低功率訊號後再透過內(nei) 部的電池將訊號放大處理。所以不管是在13MHz會(hui) 對金屬加熱或是1GHz以上直接傷(shang) 害人體(ti) ，無線電力在設計時必需解決(jue) 安全的問題才能上市，這就是展示簡單、上市困難。

三大效能指針：效率、安全、功率

電動牙刷早在10年前就堆出無線充電了，當時由於(yu) 功率需求低所以不需要考慮效率與(yu) 安全。早期的係統轉換效率隻有20%-30%，且沒有安全機製並不會(hui) 辯識目標連續供電，這樣的係統就與(yu) 微型電磁爐一樣。由於(yu) 功率很小，接收需求隻有0.1W上下，隻有20%的轉換效率下即有80%的能量於(yu) 傳(chuan) 送中轉成熱量散逸，這樣推算發射器提供0.5W的能量到接收器為(wei) 0.1W的能量，0.4W產(chan) 生的熱量有限對係統的溫度上升不明顯，且係統最大輸出能力也不大即0.5W，所以在發射器上放置金屬異物也不會(hui) 產(chan) 生危險；但今日的裝置需求遠高於(yu) 0.1W，以熱銷的智能型手機來看接收需要5V-1A 即5W的充電能量，若用電動牙刷的係統進行設計問題就會(hui) 很大了，接收端5W的需求在隻有20%的轉換效率下有20W的能量轉換成熱能散逸，這樣的能量會(hui) 產(chan) 生龐大的熱能會(hui) 導致係統溫度大幅上升，在這樣的推算下，係統最大輸出能力會(hui) 在25W，若為(wei) 無安全設計下於(yu) 發射器上放置金屬異物可能會(hui) 導致火災意外，所以在功率需求提高後衍生的問題需要全新的設計來完成無線充電，所以10年前即出現的無線充電到今還改良之中。新設計的係統需為(wei) 了達到目標功率，必需先解決(jue) 效率與(yu) 安全的問題。

高轉換效率仰賴先進規格零件與(yu) 材料

現今無線充電係統都采用共振的方式進行設計，在架構上都大至相同有下列這些構造：
發射器內(nei) 有

1.直流電源輸入
2.頻率產(chan) 生裝置
3. 切換電力的開關(guan)
4. 發射的線圈與(yu) 電容諧振組合

高轉換效率仰賴先進規格零件與(yu) 材料

現今無線充電係統都采用共振的方式進行設計，在架構上都大至相同有下列這些構造：

發射器內(nei) 有

1.直流電源輸入
2.頻率產(chan) 生裝置
3. 切換電力的開關(guan)
4. 發射的線圈與(yu) 電容諧振組合

在同樣的架構下從(cong) 發射器的1.直流電源輸入到接收器 D.直流電源輸出應過的每一個(ge) 環節都是效率損耗的要點，在電源電路中電流通過的每一個(ge) 有阻抗特性的零件都會(hui) 在上麵損耗部份能量，這幾年材料的進步也讓無線充電的實用化大增，其中有幾樣先進零件是無線充電係統中與(yu) 傳(chuan) 輸效率相關(guan) 的，為(wei) 了達到高轉換效率需要將這些零件與(yu) 材料作組合運用。

a.頻率產(chan) 生裝置：目前有數家公司將此部份開發成IC銷售，其為(wei) 發射電路板上的關(guan) 鍵零件。

b.切換電力的開關(guan) ：大多為(wei) MOSFET所構成，低導通阻抗與(yu) 高切換速度是選用的要點。

c.發射／接收的線圈與(yu) 電容諧振組合：此部份為(wei) 過去從(cong) 未出現過的技術，由於(yu) 無規則可循所以隻能透過不斷的嚐試，另外未了阻絕多於(yu) 的能量散到其它地方，於(yu) 線圈的未感應側(ce) 都會(hui) 家上磁性材料，這類的材料特性也是全新的應用。

d.整流器：由於(yu) 在線圈上的操作都是高頻率、高電壓的能量訊號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成。

e.濾波與(yu) 穩壓器：這部份難度在接收裝置空間有限，設計上要小型化的困難處，通常高轉換效率的電路配置大體(ti) 積被動零件。

設計最艱難的部份在於(yu) 安全

先前提到無線充電係統與(yu) 電磁爐一樣會(hui) 發射電磁波能量，這有兩(liang) 大問題:
其一為(wei) 當發射器上沒有放目標充電裝置時一樣在發射能量，長時間下會(hui) 造成能源的浪費，不符合現在產(chan) 品節能的趨勢。另外一個(ge) 問題較嚴(yan) 重，為(wei) 當發射器上放的是金屬異物，電磁波對其加熱；這個(ge) 狀況輕則燒毀裝置，重則發生火災危其人員生命財產(chan) 。所以無線充電係統若要上市銷售，必需要有一個(ge) 重要的功能即為(wei) “受電端目標物辨識”，當正確的目標物放置在發射器上才開始送電，若不是的話則不送電。用來偵(zhen) 測近距離裝置的方法有很多，但在無線充電係統上有一個(ge) 問題就是無法采用昂貴的零件來完成這個(ge) 功能，記住目前設計的隻是一個(ge) 充電器，若成本太高的話市場會(hui) 無法接受這個(ge) 功能。而目前有兩(liang) 個(ge) 實用的方法來完成這個(ge) 功能：

1. 磁力激活：在受電端上裝一個(ge) 磁鐵，當發射端感應到磁力後開始發送能量，這個(ge) 方法簡單有效，因為(wei) 沒有人會(hui) 無意中放一個(ge) 磁鐵在發射器上讓它燒毀。

2.感應線圈上的資料傳(chuan) 送：這是目前認為(wei) 最安全的方法，與(yu) RFID的原理相同，利用兩(liang) 個(ge) 線圈內(nei) 的電力傳(chuan) 送中，包含資料碼一起傳(chuan) 送；這個(ge) 方法最安全也是最難完成的，因為(wei) 感應線圈上有高能量的電力傳(chuan) 輸、另外還包含了係統的噪聲與(yu) 負載電流變化的幹擾，如何有效的傳(chuan) 送資料碼是一大難題。
 
可變功率係統需建立在數據傳(chuan) 輸機製上

一個(ge) 理想的係統為(wei) 在無線充電發射器上放置不同的接收器，接收器可為(wei) 不同的裝置從(cong) 小電力的耳機到大功率的筆記型計算機，都應該要能對應不同的目標物；但每個(ge) 接收裝置的電力需求都不一樣，這時發射器必需要能自動調節功率輸出。但這樣的功能要建立在發射器與(yu) 接收器要能夠傳(chuan) 送資料碼來進行溝通，所以如何運用感應電力的線圈進行資料碼傳(chuan) 送是研發的要點。關(guan) 於(yu) 這個(ge) 技術數年前已經有多家公司投入開發，其每家公司的方法有差異在實作上的穩定性也需要再經過驗證。