iPhoneX無線充電器
2017年的iPhoneX最能打動消費者的莫過于色彩飽和度更高畫質(zhì)更細膩的OLED全面屏，不過電源設(shè)計一向保守的iPhone終于用上了快充和無線充電同樣值得關(guān)注。相比有線快充，無線充電減少線纜并能實現(xiàn)一對多充電。在諾基亞和三星已經(jīng)推出的量產(chǎn)機型的推動下無線充電市場并未普及，今年推出的三款iPhone支持無線充電能否加速無線充電市場的爆發(fā)?體驗還不完美的無線充電未來將走向何方?
蘋果入局，能否引爆無線充電市場?
蘋果2017年發(fā)布的iPhone8、iPhone8 Plus、iPhoneX三款手機新品都支持快充和無線充電，并且在iPhone發(fā)布后的10月25日，蘋果宣布收購了新西蘭一家創(chuàng)立于2007年，主要業(yè)務(wù)是無線充電方案的公司PowerbyProxi。蘋果的一系列舉措都是看好無線充電的表現(xiàn)，這也讓業(yè)界更加期待無線充電的爆發(fā)。要知道，三星從五年前的Note2就開始布局無線充電，并且Note5之后的旗艦手機都出廠自帶無線充電器，諾基亞也推出了支持無線充電的Nokia920、820，但都并未推動無線充電的普及，其中除了有體驗的問題，還有許多廠商在觀望蘋果的態(tài)度。此次蘋果的入局能否加速無線充電市場的爆發(fā)?
ROHM半導體(上海)有限公司設(shè)計中心助理經(jīng)理陳行樂對記者表示：“與其說國內(nèi)的相關(guān)廠商在觀望和跟風蘋果的無線充電，不如說是蘋果朝著這股市場的風在走。蘋果在以往的手機產(chǎn)品上電源設(shè)計相當保守，iPhone 8/Plus/X之前的產(chǎn)品都不帶快充功能，完全脫節(jié)于Android等市場的大方向。這次加持基于USB-PD快充協(xié)議的有線快充和無線充電新功能吸引了消費者的眼球。當然，以蘋果在手機市場的保有量，也值得其他廠商參與到無線充電這個陣營中來。”新捷(NewEdge)CEO陸惠宏博士也表示：“iPhoneX已具備足夠影響力去驅(qū)動無線充電市場的發(fā)展, 目前市場開案有5倍的增加?！绷碛袠I(yè)內(nèi)人士也表示，蘋果新品發(fā)布之后合作廠商對于相關(guān)MCU的詢問度明顯提高，預(yù)計2018年市場將呈數(shù)倍增長，更有國內(nèi)廠商大膽預(yù)估明年其無線充電產(chǎn)品的出貨在千萬量級，足見市場熱度。
WPC主席Menno Treffers也預(yù)計，2017年將有3.25億無線充電產(chǎn)品，其中智能手機約3億，無線充電功能都用到了Qi技術(shù)，發(fā)射端約有0.75億規(guī)模。無線充電的接收和發(fā)射端的數(shù)量快速增長，預(yù)計無線充電接收端在2020和2025年分別將達10億、20億規(guī)模，發(fā)射端在2021年也將達約5億規(guī)模。
標準嚴格規(guī)范 芯片設(shè)計、測試保障無線充電安全
可見，憑借蘋果的影響力，業(yè)界普遍看好無線充電市場明年的發(fā)展。不過去年三星Note7電池爆炸事件之后，消費者對手機使用的安全增加了許多顧慮。Dialog公司中國區(qū)總經(jīng)理何凌對此表示：“電池爆炸問題確實讓消費者對手機使用安全增加了許多顧慮，之前調(diào)查結(jié)果已經(jīng)給出電池爆炸并非與充電方式有關(guān)。Dialog在手機快充充電器市場占有率超過70%，并沒有發(fā)現(xiàn)我們的合作客戶有電池爆炸現(xiàn)象。無線充電由于效率轉(zhuǎn)化以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等限制，充電電流一般都不會太大，但并不代表這就一定安全，若設(shè)計不當，例如不考慮結(jié)構(gòu)限制而一味增大發(fā)射功率，同樣會有發(fā)熱甚至燒壞電纜的風險?！?br />
金屬異物也會帶來隱患，蘋果的說明就指出，iPhone使用磁感應(yīng)技術(shù)進行無線充電， iPhone和充電器之間不能放置任何東西。磁性外殼或其他物體可能會降低性能或損壞某些信用卡，安全徽章，護照和鑰匙鏈中的磁條或RFID芯片。針對安全問題，陳行樂表示：“無線充電聯(lián)盟對充電安全性有嚴格的規(guī)范，特別是FOD異物檢測功能可以很好地避免芯片及線圈過熱現(xiàn)象，我們公司的研發(fā)工程師對此有絕招，我們的芯片不僅僅在功率傳輸過程中檢測Q-factor(Q值)，而且在功率傳輸之前就可以做到Pre Q值檢測，從而可以事先判斷是否有異物或者位置偏離。完全符合Qi規(guī)范的產(chǎn)品安全性更有保障。“
陸惠宏博士同樣指出，Qi標準對 FOD、耐高低溫、耐電壓、耐電流做出了嚴格的規(guī)范，要保障產(chǎn)品的安全性必須過實驗室驗證并得到產(chǎn)品證書。據(jù)了解，在無線充電安規(guī)測試之中，最重要的一項便是金屬異物測試。當無線充電板與充電設(shè)備之間出現(xiàn)金屬異物(如銅板、信用卡芯片等)時，將會產(chǎn)生渦流，嚴重時可能產(chǎn)生攝氏90度以上高溫，非常危險。陸惠宏就建議無線充電便攜裝置使用比MCU方案更有耐溫保障的SOC架構(gòu)方案。
芯片的設(shè)計及安全測試對保證充電安全十分重要，定制化方案又是另一種方法。何凌表示：“我們會針對不同客戶的不同應(yīng)用來為客戶定制方案。其主要原因是每個產(chǎn)品的形態(tài)(例如結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計)是不同的，所以在設(shè)計上的挑戰(zhàn)也是千差萬別。我們在中國已幫助一些戰(zhàn)略性客戶根據(jù)他們的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、電氣特性要求、ESD防護要求完成相關(guān)設(shè)計。與此同時，Dialog為提升充電效率會推出更多便利且多樣的設(shè)計?！?br />
體驗是普及關(guān)鍵 充電效率與自由度正在提升
安全性有了保障之后，體驗就是無線充電普及需要解決的關(guān)鍵問題。何凌認為：“無線充電的初衷是為了改善用戶體驗，在一定空間范圍內(nèi)實現(xiàn)用戶自由充電(或用于防水的設(shè)備設(shè)計)，而Qi/A4WP等無線充電方式卻極大地限制了用戶使用自由度，在某種意義上來說和有線的傳統(tǒng)充電方式?jīng)]有實質(zhì)區(qū)別。并且，新技術(shù)并不代表能很快讓消費者接受，有的手機廠商很早就在手機產(chǎn)品上配備了無線充電，但很少有用戶頻繁使用，其根本原因還是在于用戶體驗?！?br />
充電效率是充電體驗最直觀的感受，有線快充85%甚至90%的充電效率令人滿意，但受制于充電板質(zhì)量、手機設(shè)計、手機背板材料等因素的影響，無線充電的平均效率在70%左右?！跋啾扔芯€快充技術(shù)，無線充電增加了線圈及整流兩部分功率轉(zhuǎn)換，也就造成了在傳輸功率等級上完全輸給了有線快充。然而，線圈廠商對感應(yīng)磁通量上屏蔽材料等改進以及芯片廠商對整流MOSFET工藝的改善，已經(jīng)取得了很大的成就。我們相信未來無線充電的效率會得到提升，也將給消費者帶更好的體驗?！标愋袠啡绱私忉専o線充電的效率還不夠令人滿意的原因及未來的提升。陸惠宏認為，無線通電效率跟主芯片架構(gòu)及線圈都是重要因素，一個例子就是新捷SoC主芯片NE8151(TX 15w)+ NE6151(RX 15w)可在小米實測效率達89.5%。何凌則表示：“無線充電和有線充電是兩種不同的充電方式，其運用場景不同，所以要在完全相同的場景下對比充電效率參數(shù)是不科學的。無線充電效率的改善是需要做具體細化的，結(jié)合不同的產(chǎn)品形態(tài)，客戶物料的使用習慣以及產(chǎn)品所用的材料問題，提升效率的方式是不同的。我們可針對客戶的設(shè)計(例如通過發(fā)送結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計等)，為客戶選擇最優(yōu)方案?！?br />
影響無線充電體驗的另一個關(guān)鍵就是充電自由度，手機采用的Qi標準電磁感應(yīng)無線充電目前需要緊貼充電底座并且對準位置，這與消費者的期待相去甚遠。能夠?qū)崿F(xiàn)更高自由度的磁共振從技術(shù)是否會成為更好的選擇?陳行樂表示：“磁共振技術(shù)不是什么特有的技術(shù)，它僅僅是一種在提升傳輸距離過程中的技術(shù)演進，本質(zhì)上還是屬于(法拉第)電磁感應(yīng)機理，接收端其實會受到各種干擾，這就是為什么磁共振技術(shù)無法實時精準地鎖定同一頻率。目前來看，我們還是看好緊耦合的傳統(tǒng)電磁感應(yīng)方式?！标懟莺陱牧硪粋€角度解釋：“磁共振搭配線圈因單價過高且良率及效率低于20%, 暫時無法把磁共振商品化。未來磁感應(yīng)無線充電技術(shù)會往更棒體驗方向去加強, 隨著磁感應(yīng)線圈規(guī)格更新及未來媒介技術(shù)更新, 能衍生出更快更方便更遠距離產(chǎn)品, 未來有機會把磁共振產(chǎn)品推往商品化。”
對于提升無線充電自由度，何凌介紹，Dialog 的NF近場充電沒有方向性要求，接收端可以在發(fā)射端的天線覆蓋范圍內(nèi)隨意移動;NF+和MF中場方案甚至可以允許接收端和發(fā)射端之間有一定的距離，MF中場方案最遠距離可以達0.9米，其主要原因是采用Dialog的RF無線充電方式。
