在無線電源技術的發展上，針對理想解決方案的使用方向，最近開始出現了一些疑問。磁感應（Magnetic Induction）或磁共振（Magnetic Resonance）兩者都可被考慮用于消費性市場，而不論消費性市場采用了哪一種技術，都意謂無線充電方式的使用即將實現。在接下來幾年內，我們將會看到此種現象從移動電話市場的生態系統開始普及，這主要得力于移動電話業者的大力推動。

接下來，運算產業及其本身強大的生態系統將會隨之普及，并因而促使無線充電技術使用的下一階段成長。屆時此種無線電源技術很可能會擴展至支持移動電話與運算解決方案的基礎設施中。這些使用情況，只是無線電源技術被運用于未來架構及解決方案的開端而已。

目前已有許多有關無線電源技術采用率及潛在總市場值的報告及市場研究。在這些預測報告中，采用率及技術的選擇是主要的變量，因此要提供準確的市場信息就成為極具挑戰的任務。就磁感應技術而言，目前主要有兩種現行標準：無線充電聯盟（WPC）及電力事業聯盟（PMA）。這兩種標準已相當成熟，而且在消費性市場上已有許多產品在使用中。

無線電源聯盟（A4WP）則是第一個基于磁共振的標準。應該注意的是，英特爾的無線充電技術也是基于磁共振原理，英特爾是將目標放在超輕薄筆記本電腦以及自己的生態系統上。其他像是Power by Proxy及無線電力都已在工業及軍用應用上建立它們各自的地位，且現在也開始滲透至消費性市場。

針對這些標準及解決方案，我們不禁會有所疑問，究竟哪一種無線電源技術方向能持續下去，以及哪一種解決方案是最理想的采用方案？在我們解答這些問題之前，很重要的是，首先要試著去了解磁感應與磁共振技術之間的根本差異為何。之后再根據這些了解，以及應用/系統的需求，才能針對特定應用選擇正確的解決方案。

行動設備解決方案

在消費性市場上，首先采用無線電源解決方案的是行動產品。每隔兩年，行動產品的造型外觀、效能及特點便會有所升級及改變。這些升級，迫使電源需求、連接器與接口必需隨之改變，結果就是必需更換使用新的轉接器。這些變更與升級造成現有的轉接器無可避免地被淘汰及棄置，形成浪費。消除使用各種不同的轉接器及連接裝置的需求，進而使用標準的無線充電設備，將有助于減少電子廢棄物，并能改善行動設備的「綠色履歷」。

在我們的生活周遭，使用電力的每一種應用都可能成為采用無線電源技術的潛在候選人。為了回答哪一種特定應用應該使用哪一種無線技術 - 磁感應或是磁共振？何者對其而言是最佳技術，我們必須回顧每一種技術的基本原理。

圖一 ： 無線充電器系統：發射器及接收器方塊圖

磁性技術比較

磁感應與磁共振技術兩者在架構上有許多相似之處。例如，兩者皆使用磁場做為傳遞電源的橋梁。

在這兩種技術中，電流被導入至諧振電路中，進而產生磁場來傳遞電源。磁性規格對于電磁場的形狀成形有著很大的影響。磁通量可以被抑制和/或使用電磁屏蔽來定向和/或塑造磁芯的實際尺寸。磁通量密度和抑制可藉由改善電磁屏蔽的磁導率而有所改進。成本與厚度是選擇適當電磁屏蔽的關鍵因素。

在磁通量場中接收與發射線圈的校準，以及介于兩者之間的距離將決定能量如何有效地傳遞；發射與接收線圈之間分隔的距離越大，將導致電源傳遞越無效率。諧振頻率、發射線圈對接收線圈在尺寸上的比率、耦合系數、線圈阻抗、集膚效應、交流與直流元素，以及寄生線圈，則是顯著影響能量有效傳遞的其他因素。

圖二 ： 耦合位移效應實測圖

x、y與z軸的分離，以及發射與接收線圈間的比例角度增加時，則產生的損耗及效率將會受到很大的影響。

在WPC的規范中，對于發射器上的接收線圈位置有著特定的要求，藉此解決效率的問題。這需要由用戶進行校準，以最大化兩個線圈間的耦合系數。在磁共振的例子中，可以自由擺放，以及可在磁通量場中放置單一或多個設備的能力，使得此種技術得以為用戶創造更多的便利性。然而，我們也必需了解，當兩個耦合設備間的分隔距離增加時，對于傳遞效率也會有所影響。

根據成本與尺寸考慮等各種需求，可以在所有技術中使用單一或多重線圈解決方案。

在 WPC 與 PMA 規范的磁感應技術下，電源能以廣泛的頻率范圍進行傳遞。而電源傳遞的諧振頻率則是根據負載阻抗而決定。由于這樣的變異性，Q值在與磁共振相較下，顯得相對較低。因此唯有在選定的頻率及負載阻抗下，方能得到最佳的效率。

在磁共振技術中，由于電源僅在一定的諧振頻率之下才能傳遞，所以Q值會比較大，而且需要能和收器與發射器緊密匹配的諧振阻抗網絡。

在磁共振與磁感應兩種技術中，必須嚴密控制網絡參數的變異，因為這些變異會直接影響電源的傳遞。

圖三 ： Q值百分比

在WPC 1.1版的規范中，可以在100KHz至205KHz的寬廣范圍中來選擇諧振頻率。這種狀況類似于在PMA的規范中，其頻率范圍可從277KHz至357Khz。然而，頻率范圍在最近已有所改變，現在是依據輸入的供應電壓而定。

一般對于這些解決方案而言，Q值的范圍會落在30至50之間。在依據A4WP規范的解決方案中，在頻率已經固定的情況下，介于接收器與發射器之間的諧振頻率與阻抗網絡就必須要合理、密切地相互匹配。一般而言，相較于磁感應解決方案，磁共振解決方案需要較高的Q值（50到100）。

電源管理

高效能電源管理架構的發展，對于磁共振與磁感應解決方案的成功執行有很大的影響。在發射器方面，為了導入電流至諧振電路中，直流電必轉換成交流電。在磁感應技術中，這必須使用一個半橋式或全橋式的逆變器來進行這種轉換；在磁共振技術中，則是透過功率放大器來導入電流。

功率放大器的架構與分類，會因為頻率、待機電流、效率、尺寸、成本，以及應用相關的整合需求等因素而有所不同。在這些轉換中，必須謹慎考慮每一環節，以降低在閘極驅動器、交換器、傳導、偏壓、本體二極管的損失、以及外部組件，例如等效串聯電阻及等效串聯電感的寄生效應。這些是發展高效能整合解決方案過程中所必須面對的一些重要挑戰。

圖四 ： 兩種技術磁場效應示意圖

根據對輸入電壓的要求以及設計架構的規范，制程的選擇對于整合解決方案的優化有著很大的影響。系統中存在著多種控制回路，而整個控制回路的穩定性對于高效能解決方案的整體成功性有著很大的影響。在磁感應與磁共振兩種技術中，透過有效的電源管理，將可達到相類似的效能與效率。

通訊方式

為了能成功地達成電力傳輸，發射器必須辨識正確的耦合接收器。在WPC與PMA解決方案中，發射器會定期發出「pings」指令來搜尋是否有接收器存在。當接收器被辨識，就會產生電力傳輸。這些解決方案使用固定的頻率調變來進行通訊。其他一些通訊方式包括振幅、功率、電流、以及脈沖寬度調變（PWM）等。只要介于發射與接收的匹配網絡能夠承受更寬的頻率變化，則這些選項都是可以被使用的。

在A4WP磁共振解決方案中，發射與接收的匹配網絡是緊密匹配的，因此無法使用頻率調變。然而，假如負載是固定的，則有可能使用振幅調變。若接收器效能不會受到影響，則可以使用功率與電流調變。在行動應用中，由于負載會根據功能的需求而有所不同，因此便形成挑戰，而且，根據上述調變方案所發展的解決方案，可能會不符合尺寸及成本效益。

A4WP可選擇藍牙或ZigBee來做為通訊的標準方式。這些方法都已存在于現有的行動解決方案中，因此很便于使用，僅要辨識出不同的接收器即可，它也同樣有利于發射器將電力傳輸至多個設備上。其他還有類似的方法也可用以達到同樣的目標。

通訊也被利用來通知電源傳輸的狀態，例如異物檢測、耦合狀態、甚至是校準引導訊息。金屬這類的異物在電磁場中可能會導致溫度上升，上升的程度端視材料的導電性而定。這是與技術無關的潛在問題。

在磁感應技術中，為了達到效率極大化，必需精確地監視發射與接收端兩者的電壓與電流。其他功能，例如負載反射效應、電流感應及調變與解調變時機，以及它們在封閉回路系統中所造成的影響等等，對于維持系統的穩定性及確保成功的通訊都是至為關鍵的。其他的挑戰包括需符合加州環境協會（CEA）及美國聯邦通信委員會（FCC）第15及18條的法規，也可能會對系統的整體效率有所影響。

結語

我們可以合理的斷定，對于特定的應用而言，最佳的可能解決方案是根據所需的特性及效能而定的。假如可自由擺放位置，或是在X、Y與Z軸方向可對多個設備充電的能力是必要的特性，則磁共振可能是一個優先選用的解決方案。假如高效率效能及強大的標準兼容能力是必有的特性，則WPC兼容的解決方案，或許就是最理想的選擇。

然而，能夠無縫辨識耦合的設備是以磁感應或是磁共振為基礎，且有效地且有效率地傳遞電源的多模式解決方案，毫無疑問將會是用于這些應用的最理想解決方案。

無線充電誰勝出？

行動裝置普遍了，人手一只智能手機或平板計算機已經是司空見慣的事。只不過隨之而來的，卻是更大的煩惱，也就是電源不足的問題。行動裝置耗電量非常大，盡管新機種上市，都號稱更長待機時間，與更久的使用能力，然而實際使用上，卻往往沒幾個小時電量就告急。隨身攜帶行動電源雖然是個救急的方法，然而笨重與不便也令人望之生畏。這時，許多人又把注意力，集中到了無線充電的身上。

無線充電顧名思義，就是完全不透過電線，而是利用電磁力來為設備充電的技術。目前無線充電技術的3大陣營包括電力事業聯盟（PMA）、WPC （Wireless Power Consortium）及A4WP （Alliance for Wireless Power）。PMA與WPC兩者都是采電磁感應技術，A4WP則是電磁諧振技術。

WPC于2008年成立后，包括HTC、LG、Motorola及Sony、TI、飛利浦、ST-Ericsson等大廠都投入參與，2010年并制定出Qi標準。Qi標準采磁氣誘導方式，是針對5瓦以下的低功率電子設備所設計，包括手機、耳機、可攜式多媒體播放器、數字相機等消費性電子產品，只要通過認證的設備，不管任何品牌或款式，都可在符合該認證的無線充電板上充電。至于A4WP則是三星與高通等廠商所共同聯盟，所研發的共振式無線充電技術。其與Qi充電方式不同，不需要將裝置放在充電板上，即使分離也能進行充電。

目前由于標準紛亂，因此一支擁有無線充電功能的手機，不代表在任何充電平臺上都可以進行充電，必須是相同標準才可以。當然，市場也正在觀望與預測，未來哪一種標準可以勝出。以目前來看，Qi是最多廠商采用的無線充電技術，然而勢力更強的三星與高通聯盟，會否攔路殺出，還未見分曉。而且另一個可能出頭的勢力還有蘋果。由于無線充電在未來擁有龐大商機，這使得蘋果也有意開發自有標準。且蘋果一向有能力引領市場發展步調，專家甚至認為蘋果非常可能是決定未來無線充電標準的關鍵力量。