iPhoneX無線充電器
2017年的iPhoneX最能打動(dòng)消費(fèi)者的莫過于色彩飽和度更高畫質(zhì)更細(xì)膩的OLED全面屏，不過電源設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)一對多充電。在諾基亞和三星已經(jīng)推出的量產(chǎn)機(jī)型的推動(dòng)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(yàn)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(jī)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(jī)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(dòng)無線充電的普及，其中除了有體驗(yàn)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(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)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(fēng)蘋果的無線充電，不如說是蘋果朝著這股市場的風(fēng)在走。蘋果在以往的手機(jī)產(chǎn)品上電源設(shè)計(jì)相當(dāng)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(fèi)者的眼球。當(dāng)然，以蘋果在手機(jī)市場的保有量，也值得其他廠商參與到無線充電這個(gè)陣營中來?！毙陆?NewEdge)CEO陸惠宏博士也表示：“iPhoneX已具備足夠影響力去驅(qū)動(dòng)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(jì)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(jì)，2017年將有3.25億無線充電產(chǎn)品，其中智能手機(jī)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(jì)無線充電接收端在2020和2025年分別將達(dá)10億、20億規(guī)模，發(fā)射端在2021年也將達(dá)約5億規(guī)模。
標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)范 芯片設(shè)計(jì)、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(fèi)者對手機(jī)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(shí)讓消費(fèi)者對手機(jī)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(jī)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(jì)等限制，充電電流一般都不會(huì)太大，但并不代表這就一定安全，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，例如不考慮結(jié)構(gòu)限制而一味增大發(fā)射功率，同樣會(huì)有發(fā)熱甚至燒壞電纜的風(fēng)險(xiǎn)。”
金屬異物也會(huì)帶來隱患，蘋果的說明就指出，iPhone使用磁感應(yīng)技術(shù)進(jìn)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(huì)降低性能或損壞某些信用卡，安全徽章，護(hù)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(yán)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?！?br />
陸惠宏博士同樣指出，Qi標(biāo)準(zhǔn)對 FOD、耐高低溫、耐電壓、耐電流做出了嚴(yán)格的規(guī)范，要保障產(chǎn)品的安全性必須過實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)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(xiàng)便是金屬異物測試。當(dāng)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(shí)，將會(huì)產(chǎn)生渦流，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生攝氏90度以上高溫，非常危險(xiǎn)。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(jì)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(huì)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(gè)產(chǎn)品的形態(tài)(例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì))是不同的，所以在設(shè)計(jì)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(jì)要求、電氣特性要求、ESD防護(hù)要求完成相關(guān)設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，Dialog為提升充電效率會(huì)推出更多便利且多樣的設(shè)計(jì)。”
體驗(yàn)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(yàn)就是無線充電普及需要解決的關(guān)鍵問題。何凌認(rèn)為：“無線充電的初衷是為了改善用戶體驗(yàn)，在一定空間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)用戶自由充電(或用于防水的設(shè)備設(shè)計(jì))，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(shí)質(zhì)區(qū)別。并且，新技術(shù)并不代表能很快讓消費(fèi)者接受，有的手機(jī)廠商很早就在手機(jī)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(yàn)。”
充電效率是充電體驗(yàn)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(jī)設(shè)計(jì)、手機(jī)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(jìn)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(huì)得到提升，也將給消費(fèi)者帶更好的體驗(yàn)?！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(rèn)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(gè)例子就是新捷SoC主芯片NE8151(TX 15w)+ NE6151(RX 15w)可在小米實(shí)測效率達(dá)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(yùn)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(xué)的。無線充電效率的改善是需要做具體細(xì)化的，結(jié)合不同的產(chǎn)品形態(tài)，客戶物料的使用習(xí)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(jì)(例如通過發(fā)送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等)，為客戶選擇最優(yōu)方案。”
影響無線充電體驗(yàn)的另一個(gè)關(guān)鍵就是充電自由度，手機(jī)采用的Qi標(biāo)準(zhǔn)電磁感應(yīng)無線充電目前需要緊貼充電底座并且對準(zhǔn)位置，這與消費(fèi)者的期待相去甚遠(yuǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)更高自由度的磁共振從技術(shù)是否會(huì)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(jìn)，本質(zhì)上還是屬于(法拉第)電磁感應(yīng)機(jī)理，接收端其實(shí)會(huì)受到各種干擾，這就是為什么磁共振技術(shù)無法實(shí)時(shí)精準(zhǔn)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。”陸惠宏從另一個(gè)角度解釋：“磁共振搭配線圈因單價(jià)過高且良率及效率低于20%, 暫時(shí)無法把磁共振商品化。未來磁感應(yīng)無線充電技術(shù)會(huì)往更棒體驗(yàn)方向去加強(qiáng), 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(yuǎn)距離產(chǎn)品, 未來有機(jī)會(huì)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(dòng);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(yuǎn)距離可以達(dá)0.9米，其主要原因是采用Dialog的RF無線充電方式。
