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無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電,是利用近場感應,也就是電感耦合,由供電設備(充電器)將能量傳送至用電的裝置,該裝置使用接收到的能量對電池充電,並同時供其本身運作之用。
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第六章 新興科技/6-3 無線射頻技術的應用與基本原理
第五章 傳播科技/5-3 傳播科技的發展趨勢
又稱電子標籤,為一種通信技術,其原理主要利用無線頻率(如電磁感應、微波等)識別目標並且進行資料的傳輸和讀取相關資訊,日常生活中常見之應用。
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第三章 聽覺傳播科技/3-2 傳輸科技
第三章 聽覺傳播科技
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無線充電
由於充電器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量,兩者之間不用電線連接,因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。那樣就比有線充電更為方便。
原理 無線充電的原理十分簡單,即電磁感應。目前在INTEL主導下,並在2014年五月在上海與海爾共同合作推廣,全面普及商業化將不再只是空談。
一般而言,無線充電的充電器內有一線圈,並以交流電推動而產生交流電磁場,在用電裝置內有另一線圈接收交流電磁場,並轉化為電能,收到的電能被用作對裝置內的電池充電給對該裝置供電。
情況就等同將變壓器的初級線圈及次級線圈分別放至充電器及用電裝置內。無線充電原理:電磁感應、無線電波及核磁共振三種方式,如果充電器及用電裝置之間的距離較遠,那就必須要使用共振電感耦合之設計。
三大標準 前無線充電有三大標準,其中Qi標準最多廠商使用,包含SAMSUNG、Google和Nokia,三種充電標準各有優劣。
PMA標準 Power Matters Alliance PMA標準 更偏向於充電設備件,比如咖啡廳的桌子、家裡的傢俱等,杜邦公司、星巴克、AT&T 是其會員。
Qi標準 Wireless Power Consortium Qi標準 適合智慧設備的小巧高效,背後有上百家手機和其他廠商的支援,是目前使用數量最多的無線充電標準。《Qi標準》 維基百科
A4WP標準 Alliance for Wireless Power A4WP標準 解決了多設備同時充電的問題,背後有Intel、高通的支持,同時三星等很多廠商也比較看好(雖然三星是WPC會員)。
優缺點 優點 安全:無通電接點設計,可避免觸電的危險。 耐用:電力傳送元件無外露,因此不會被空氣中的水份、氧氣等侵蝕;無接點的存在,也因此不會有在連接與分離時的機械磨損及跳火等做成的損耗。
在使醫療植入裝置較為安全: 在植入嵌入式醫療裝置上,可以在不損害身體組織的情況下對植入在人體內的醫療裝置進行充電而不需要有電線穿過皮膚及其他自體組織,免去感染的風險。
方便:充電時無需以電線連接,只要放到充電器附近即可。技術上,一個充電器可以對多個用電裝置進行進電,在有多個用電裝置的情況下可以省去多個充電器、不用佔用多個電源插座、沒有多條電線互相纏繞的麻煩。
缺點 率略低:一般充電器內也有變壓器,但無線充電以發射線圈及接收線圈組成的變壓器由於在結構上有限制,所以能量存送效率理論上會略低於一般充電器。若電源先由市電經適配器(降壓、整流、穩壓)後再接到無線充電器,如此經多重轉換,效率會更低。
充電速度慢:由於當前手機等接收設備,多數限制了輸入的功率,因此充電速度較慢。 成本高:在充電器需要有推動線圈的電子線路,而在用電裝置需要有電力轉換的電子裝置,兩者也需要有線圈,而且需要高頻濾波電路以滿足FCC等規範,因此成本比直接接觸為高。
不能在移動時充電:這個問題只在移動裝置上發生,例如電動刮鬍刀在充電時就不能移離充電器,若電動刮鬍刀內的電池剛完全用盡時就不能使用,反而傳統以電線連接充電的設計可以持續使用。
兼容性低:不同品牌的無線充電裝置因為無統一標準,因此不能通換使用。但近年,業界組織Qi開始推行標準化,展望將會有望達至標準統一。不過隨著Qi標準在2012年末廣泛用於多種流行手機,但是一直無法普及並廣泛使用,現在基本上雖提到「支持無線充電」就是「支持Qi無線充電」,但是未來發展則未可知。
發熱嚴重:由於電力轉換的電子裝置在工作時會有損耗,而且電子裝置十分貼近被充電的接收設備,因此用戶會在使用中感受到很高的熱量。其實這一點和傳統線充使用的適配器發熱是一致的。當前特斯拉無線設備公司的新產品解決了這一問題,使得充電時溫度和線充基本一致。
發展趨勢 原本無線充電是由三大族群分庭抗禮,然而當其中A4WP及PMA合併成為AirFuel後,整個競爭市場布局將會徹底改觀,即將在不久的未來見真章。
在2015年4月日本的英特爾科技論壇(Intel Developer Forum,又稱為英特爾開發者論壇)針對無線充電所舉辦的亞太區發表會,改寫無線充電的歷史定位,台灣的媒體卻仍將Qi和AirFuel混為一談而誤導社會大眾時,的確值得社會大眾關注此一議題。
當英特爾(Intel)宣布加入無線充電聯盟(Alliance for Wireless Power;A4WP),與博通(Broadcom)、Gill Industries、IDT、高通(Qualcomm)、三星電子(Samsung Electronics)以及三星電機(Samsung Electro-Mechanics)等公司一樣成為A4WP的董事會成員之一後;並根據CNET和PCWorld報導,英特爾(Intel)研發無線科技,可以讓電腦擺脫所有的電源線、轉接線,新科技預定2016年問市。
英特爾並在2014年6月4日在台北國際電腦展表示,搭載「Skylake」晶片的裝置將可以無線充電、無線傳輸數據。這個平台將採用WiGig傳輸技術,能無線連接桌上型電腦、顯示器、滑鼠、鍵盤等,不再需要接線連接各種裝置。
該公司並表示最快2015年無線模組可整合進電腦內。然而為了提升行動裝置的無線充電效率,並讓小型電子產品以外的裝置,如筆記型電腦、平板電腦等產品,皆能享有無線充電功能,A4WP日前正式發布電力傳輸功率可達50瓦的無線充電標準,成為三大標準陣營中,首個傳輸功率可達5瓦以上的標準。
屬於PMA聯盟的金頂電池(Duracell),打算花費數億美元的成本,為麥迪遜廣場花園和達美航空貴賓室打造無線充電設備。
星巴克(Starbucks)和麥當勞(McDonald’s)也計劃在店內設置無線充電板,提供顧客可在店內充電的便利性,這將帶動無線充電市場的快速成長。
PMA和A4WP簽署初步協議,並在2015年CES展宣布合併訊息,並在同年6月宣布整併完成,實現各自標準優勢的同時相容對方標準。這意味今後PMA和A4WP的充電設備將可通用,這對雙方乃至整個無線充電產業而言都是一件好事。
在雙方結盟之後,PMA將會獲得A4WP的優勢,亦即可在一座充電器下同時給多個設備無線充電。雙方都在PMA開放式的API網路基礎上管理和相容充電點,所以在商用市場進展較慢的A4WP則可以獲得遍布於星巴克以及麥當勞等地的充電熱點,如此看來,此舉對兩者及市場普及化都是十分有益的一場合作。
目前市場上至少有四種不同的無線充電技術,試圖爭搶市場上數十億台新一代行動裝置的電源商機,而分析師預期,到2018年,該技術領域的贏家將可主宰市場規模達7億台裝置的無線充電市場。
參考資料
《電感耦合》維基百科
《無線充電》 - 財經百科- 財經知識庫- MoneyD
《高通加入 Qi 無線充電標準,三大標準之爭再出現變化》
《Qi標準》 維基百科
《無線充電的應用》
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