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主流規格趨勢底定 無線充電應用市場大爆發

2018-08-07
無線充電技術在各大廠商的引領之下日漸成熟,在智慧型手機市場,蘋果、三星等大廠紛紛推出支援無線充電的機款,也帶動消費者生活習慣的變革。有預測指出,未來無線充電也將逐漸替代有線充電,成為行動設備充電應用新主流。

無線充電源於無線電能傳輸技術,由於在充電器與用電裝置之間不需要導線、介質或其他物理接觸,直接以磁場傳送能量,因此可以做到無線連接與無觸點充電。一般而言,小功率無線充電常採用電磁感應式,大功率無線充電採用諧振式。

無線充電技術的主要應用場景包括消費類電子(穿戴設備和智慧手機為代表)和電動汽車兩個領域,未來無線充電應用可望逐步擴展至家具與家電等領域。2016年的消費者IHS Markit調查顯示當時四分之一的消費者已經使用過無線充電功能,其中超過98%的消費者更表示他們會在下一部手機再次選用該功能;此調查亦顯示,無論是消費者對於無線充電功能的需求,或是支援該功能的設備數量確實每年都在增長。2018年,同樣由IHS Markit公布的資料顯示,伴隨著無線充電技術在行動設備市場成為主流,其他如個人電腦市場等隨即也將跟進,因此,2022年的無線充電接收器與發射端設備有望大幅成長至20億個。

無線充電成為智慧手機市場新焦

20179月,蘋果發布iPhone XiPhone 8iPhone 8 Plus三款新品,均配備了無線充電功能,採用Qi無線標準,可實現最高7.5W的充電功率。三星從Galaxy S6起,到最新的Galaxy S9S9+手機全都整合了無線充電功能。索尼、諾基亞等手機廠商在MWC 2018上發布的最新旗艦機型,以及20183月份發布的小米MIX 2S和華為Mate RS保時捷等機型,也都有搭載無線充電技術;預計VIVOOPPO等品牌手機將緊跟無線充電的步伐;無線充電成為新旗艦手機的標準配備,無線充電已經成為2018年繼5G網路與人工智慧之外,備受智慧手機市場關注的焦點。

WPCQi發展

無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)創立於200812月,為首個無線充電標準組織,該聯盟於2010年制定並發布了Qi無線充電規範V1.0版,目的是提高不同無線充電產品的兼容性;Qi技術標準的核心優勢表現在兼容性、接入速度、高效率與安全性等方面;其中Qi標準的兼容性是一大優勢,讓不同接收設備可以採用同樣的充電設備,此些因素都是促使市面上大量無線充電產品採用Qi標準的重要原因。無線充電另一重大陣營為AirFuel聯盟,技術發展較新且支持遠距離充電,但目前市場占有率較低;無線充電聯盟優勢在於會員較多,產品多樣,生態系統完整,但只支援點對點充電。兩大陣營搶攻市場,將由誰主導,尚未有定論。

無線充電聯盟之Qi標準已是當前大規模商用主流無線充電技術標準,蘋果、三星、微軟、小米與華為等大廠都已先後加入聯盟;蘋果加入無線充電聯盟,代表Qi標準發展的重要里程碑。據無線充電聯盟統計,該聯盟會員迄今已經超過500家,通過Qi認證的產品已經達到1,500款;據無線充電聯盟的數據,預計無線充電接收端在2020年和2025年分別將高達10億與20億規模,發射端在2021年也將達約5億規模。

20183月初,無線充電聯盟發布了最新的V1.2.4Qi標準,據悉該協議在38日開始強制執行,與V1.2.3版協議差異為:Apple 7.5W定頻調壓方案採用的MP-A11拓撲正式納入Qi標準,並明確定義7.5W發射端產品須通過EPP認證,同時EPP分類則增加溫升要求;另新增了發射端部分對NFC/RFID卡的保護指引,以及發射端線圈7cm範圍內磁性物質檢測的要求;據悉,無線充電聯盟有望將在年內發布最新的V1.3版本標準。

無線充電發射端方案發展趨勢

無線充電產品分為「發射端」和「接收端」,接收端指的是日常使用的設備,當前以行動設備-智慧手機為主,發射端則指的是無線充電器。無線充電系統的設計關鍵須考慮效率、自由度與可靠性三大因素。效率方面著重充電速度、元件的溫度控制;自由度涉及到線圈尺寸和厚度、充電自由度、發射和接受的兼容性;可靠性涉及EMI、異物檢測等。

目前市場主流的無線充電發射端,即無線充電器方案,包括5W7.5W10W;中功率的15W受制於接收設備的需求,還處於起步階段。在去年iPhone 8/X發布後,無線充電市場的第一波紅利已經被瓜分完畢,單純5W的無線充電器方案已經不受市場青睞;蘋果7.5W10W逐漸成為市場主流,尤其是在小米與華為等無線充電機型上市後,更是加速了產品的更迭。

在發射端,即無線充電器方案裡,既有MCU分立方案,也有將MCU內核及類比周邊、功率元件整合成SoC,即專用晶片形式。MCU的分立方案,優勢在於設計更加靈活,可以滿足各種需求,成本也能做到最優。專用晶片方案則提高了整合度和穩定性,更適合於標準化,隨著充電協議、充電功率、架構和認證等標準的逐步完善,專用晶片將是無線充未來的主流趨勢。從長期來看,兩種方案將會共存,短期來說,MCU方案需求更大。

當前市場上主流的無線充電器主要採用基於MCU的分立方案,低階低成本方案採用8位元MCU,中高階產品採用32位元MCU,豐富的MCU產品可以輕鬆滿足用戶從低階到高階的需求,而市場上也有業者推出多種形式的無線充電參考設計,以實現異物檢測(FOD)Q值檢測等關鍵功能,如新唐的32位元MCU提供多通道的PWMADC和多種接口周邊,可支援從5W7.5W10W15W的調頻或者定頻調壓、定頻調工作週期、單線圈或多線圈等方案。

2018年將是國內無線充電市場爆發的元年,在眾多頂尖廠商的引領之下、消費者生活方式變革、無線充電技術日趨成熟、相關資本投入這四大因素將共同推進無線充電這一巨大市場的爆發。未來智慧行動設備勢必都支援無線充電技術,使之逐漸替代有線充電,成為行動設備充電應用的新主流。

(本文作者皆任職於新唐科技)

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