低功率無線充電發展一路狂飆，繼手機應用之後，包含穿戴型裝置、智慧醫療、車用無線充電與無人機等應用精銳盡出，其背後推動的磁感應(MI)、磁共振(MR)與射頻(RF)關鍵技術更是發揮所長，加速無線充電產業發展。
低功率無線充電發展一路狂飆，繼手機應用之後，包含穿戴型裝置、智慧醫療、車用無線充電與無人機等應用精銳盡出，其背後推動的磁感應(MI)、磁共振(MR)與射頻(RF)關鍵技術更是發揮所長，加速無線充電產業發展。
無線充電市場戰火擴大延燒。根據國際研究機構IHS指出，無線電力接收器(RX)和發射器(TX)出貨量將大幅的成長，有望從2017年的未達5億台的數量，急速飆升到2023年約30億台的亮眼成績。其中，推動無線充電產業發展的三大關鍵應用包含智慧型手機、穿戴型裝置與小型家電產品(如電動牙刷)。
目前市面上看到的無線充電技術主要由兩大聯盟所主導，WPC聯盟主要以磁感應技術為主，推出Qi標準規格，已廣受消費型市場青睞；另一方面，AirFuel聯盟則是主打磁共振技術，強調接收與傳輸端之間的彈性傳輸效能，具備高度的空間自由度，此外，近期更積極發展低功率RF無線充電技術(圖1)。
圖1 無線充電傳輸技術比較
資料來源：IHS
AirFuel無線充電聯盟主席Sanjay Gupta表示，第一代無線充電技術需要發射線圈與接收線圈對得很精準才能傳輸能量。然而，消費者與企業現在需要可以提供更好體驗的無線充電技術，這需要空間自由度(能夠讓裝置離開充電板表面還保持充電)，以及一個全球化，可以互連互通的無線供電生態環境。具體而言，終端消費者所需要的幾個關鍵特點包括：
消費者不想要多費心思去對準來替自己的裝置充電，也不希望費心替傢俱、燈具鑽孔安裝充電板，而是尋求一個具備空間自由度的方案。
消費者希望可以同時替多種裝置充電，僅需一個無線供電發射端即可同時供應電力給不同功率需求的裝置。
消費者希望無線充電速度可以與有線充電相同，甚至更快速充電。
為了可以滿足上述體驗，從技術角度的觀點，可從兩個面向著手。第一、選擇較高的頻率(至少為MHz等級)，藉此滿足所需要的空間自由度。國際電信聯盟(ITU-R)無線電通訊部門目前推薦6.78MHz作為無線電力傳輸頻率，可確保即使到100W其射頻裝置也不會互相干擾，滿足消費者生活中各種裝置的充電功率需求；第二，使用外頻(Out of Band)通訊協定管理功率傳輸，讓多裝置充電變得很容易，在同一時間中，每個裝置都可以滿足自己的充電需求。
Gupta談到，無線充電市場至少需要十年的醞釀期，過程中會有些成功、有些失敗，隨著技術逐漸成熟，現在正是一個起飛的關鍵時機。他表示，無線充電市場遠比想像中大，可看到機器人、物聯網、航空、自駕車、工業、穿戴型裝置(擴增實境(AR)/虛擬實境(VR)、智慧手表)，以及居家照護應用，凡是須要透過電力傳輸的技術，皆有無線充電存在的必要性。
舉例來說，在醫療應用領域，某些裝置需要植入到人體，偵測相關的身體數據資料，而這類型應用亟需要可以完全密封的裝置，如何在提供電力又保持裝置密封的能力，就成為無線充電技術可以施展拳腳的空間。
除了MR與RF技術之外，恩智浦(NXP)則是非常看好WPC聯盟基於磁感應技術推出Qi標準規格。NXP物聯網與安全解決方案開發總監Steven Tateosian分析，以目前的市場發展來看，符合WPC聯盟Qi規格的無線充電技術，已在消費者和汽車市場上建立智慧手機充電應用，並拓展到其他領域，應用面和功率水準繼續增長中。從市場進化角度來看，該公司看到智慧手機正推動全15W水準的Qi擴展電源設定規格，但還沒有完整建立。
手機應用推助 車用無線充電需求攀升
目前基於Qi標準的手機與發射器數量正與日俱增，尤其是在智慧手機帶動下，車用發射器的需求逐漸升溫，畢竟目前市面上已有97款手機內建無線充電接收端，這也意味著，發射端裝置也將隨著接收端的數量，有著高度成長空間。
以車用市場來看，Avnet產品管理經理楊士緯表示，車用無線充電發射端的主流需求，已從單一發射器提升至2~4個發射器。有鑑於無線充電手機數量提升，促進使用者對於無線充電需求攀升，過去車用市場大多的討論是在車上加裝一個無線充電發射端，現在於副駕駛座、後座也開始有無線充電需求，可看到一些高階車款設計，預計在後座扶手處加入無線充電發射器。
無線充電產業的蓬勃發展，為無線充電設備製造商和終端消費者帶來了許多新的機會，向完全無電源線的家庭、車用空間邁進。Tateosian談到，無線充電技術在車用市場剛起步，以低端5W系統開始。但已可觀察出三個主要趨勢：
為了提升消費者的使用體驗，透過更高功率電源方案，強化快充模式藉此滿足高效又快速的充電體驗。
可看到近場通信(NFC)技術在汽車上變得越來越明顯(例如藍牙(Bluetooth)/無線Wi-Fi配對、座椅和鏡像設置的個人化，以及外部物件/卡檢測等)。
汽車產業正關注加強和實施汽車分系統的安全功能，以消除可能有的威脅，將汽車保持在最高安全級別。
汽車產業對於安全功能要求嚴謹，對於無線充電安全疑慮需要一一克服。楊士緯分析，確保車內無線充電的安全，除了相關的元件需要通過車規認證外，還需克服「頻率」干擾問題。因為WPC聯盟選用頻率介於100~200K之間，容易受到車中有許多頻率，例如調幅(Amplitude Modulation, AM)廣播和無鑰匙應用的通訊頻率干擾影響。為了避免車內頻率干擾問題，該聯盟採用定頻方案，以阻隔頻率干擾問題，主流的定頻頻率會依照每家車廠無鑰匙方案些微調整，主流發射頻率會介於120~130K之間。
整體而言，產品製造商的機會包括為消費者提供無縫的使用者體驗，享受更多便利與自由。隨著消費者對無線充電設備的性能、易用性和便利性的認識越來越強，在家庭、辦公室和車載的許多使用範例中，採用頻率將迅速增長。隨著消費者意識和採用率的提高，產品製造商將可能獲得更多新的應用被採納。
滿足無線充電市場 三大晶片類型方案
富達通科技無線充電事業部經理詹其哲表示，從元件的角度來看，無線充電將有望帶動三種類型的晶片方案成長。下述所指的晶片為無線充電內的主控制IC，不包含周邊MOSFET或DC-DC等晶片。而主控制IC內部通常為MCU結構，有軟體操作。
第一種，可分為低於1W的微型無線充電方案，主要應用於小型穿戴裝置，例如無線耳機、助聽器、智慧型手表之類的裝置，這類的方案效率好壞並不是重點，也不用考慮金屬異物的問題，因為功率小效率差或有金屬異物也不會有太大的危害，這類的方案優勢在於可以搭配尺寸小的線圈進行電力傳送，此方案廠商並不多。
第二種，為1~20W的方案，也是目前市場上出貨量最大的產品線，以手機為主要充電目標，市場幾乎全面倒向Qi標準協定。而Qi標準內有非常多制式規格，包含統一的線圈規格，故廠商只須依照規格生產即能開發成品銷售；現階段主要分為5W與15W兩種參考設計，只要遵循規範即能滿足相容性問題。整體上，接收端主要是手機製造商於生產手機時直接配置，故競爭激烈的市場為供電發射端產品，有非常多廠商投入開發此領域，市面上已經有大量晶片方案可以選購。
第三種，為20W以上的方案，提供此方案的晶片廠商並不多，幾乎都是客製化線圈且沒有相容性需求。換言之，A廠商的產品不需要跟B廠商的產品相容以便共用發射端或接收端。
詹其哲指出，低功率方案主要是搭配現成標準規格線圈進行產品開發，要完成產品的開發成本與難度較低，而且有大量模組廠商提供模組成品可以採用。高功率方案設計較嚴苛，晶片廠商提供晶片方案，而製造商須投入大量開發資源開發整體設計，包含配合機構的線圈、散熱結構。
詹其哲強調，高功率方案必須內建散熱設計。與此同時，電路板設計門檻也相當高，故高功率無線充電晶片並不容易導入設計。建議剛入門高功率無線充電的廠商，可找有經驗的模組廠商購買成品，以降低整體開發成本。
無線充電市場蓬勃 MI/MR/RF技術各有優勢
整體而言，無論是磁感應、磁共振或RF無線充電技術，皆有其技術瓶頸與優勢。顯而易見的，無線充電的技術選擇可能在很大程度上取決於應用和上市時間要求，為了最快的上市時間和低於10W的功率水平，磁感應成為一項容易入門的簡單技術；而磁共振則是尋求近期部署需要額外空間自由度、更高功率，以及高效率應用的製造商的首選技術；對於需要遠距離、低功耗傳輸的應用，RF是一項理想的技術選擇。不過為了保持RF發射器對無線充電的安全，其設計需要對裝置進行空間追蹤(Spatially Tracked)，藉由發射器波束控制(Beam Steered)到接收器進行重新定位。
磁感應
1. 該技術為變壓器技術的延伸，因此普通電機工程師易於理解
2. 高耦合意味著相當高的效率
3. 已受到廣大市場採用
1. 由於高耦合要求，可能存在小氣隙(Air Gap)問題
2. 受限於高耦合，除非在發射器上使用大型線圈陣列，否則空間自由度會非常小
3. 線圈容易產生高溫
4. 受限於高耦合，發射器和接收器上的線圈尺寸需要完美配對
5. 該技術對耦合變化很敏感，因此難以運行於更高的功率
磁共振
1. 可以在低耦合情況下運行，因此發射器和接收器可已有較大的空間自由度
2. 由於使用高Q值線圈和諧振操作，使得遠距離操作效率更高
3. 受惠於耦合變化的靈活性，可以輕鬆實現高功率輸出
1. 需具備一定的專業知識才能設計出生產的最佳系統
2. 在大多數實際應用中，空間自由度不到1英呎(除非使用非常大的線圈，實現更遠距離傳輸)
RF
1. 可長距離傳輸，同時具有更大的空間自由度(超過1英呎)
2. 採用典型射頻專業知識和天線設計進行「遠場」(Far-field)操作
1. 效率較低
2. 因安全限制和監管問題，僅支援低功率傳輸
Gupta談到，上述三種主流技術AirFuel聯盟都有涉略其中，不過2017年該聯盟在策略制定上，將聚焦於磁共振和RF的投入。該聯盟相信，單一技術將無法完整因應廣大的無線充電市場。整體上，無線充電的市場不僅限於手機應用。任何裝置需要透過線纜提供電力的裝置，從工具機、機器人、家電、穿戴式裝置，甚至是汽車應用皆需無線充電技術。磁感應的導入，已充分地教育消費者何謂無線充電，但該技術尚有相當多的限制。而磁共振與RF將有助於降低或消除這些限制，包括空間自由度、充電速度/效率，以及產品設計的挑戰，讓無線充電生態環境建立更加完整。
磁感應引領風潮 無線充電穿戴市場起飛
IHS無線電源資深分析師Dinesh Kithany表示，磁感應接收器與發射器方案，將依舊是無線充電市場出貨量最大的類型。由於低頻的磁感應技術已經過優化，並易於整合在裝置當中，可供裝置製造商加速商用化的腳步，下一步該技術預計將成為智慧手表類型產品的首選技術。
但不可諱言，空間自由度的要求是穿戴式裝置必需的考量。因此，搭載磁共振或RF無線充電技術的無線充電裝置，將在未來幾年中獲得顯著的成長。不過，相對而言RF無線充電技術會再更晚些面世，其因在於，該技術初期的實施成本較高，OEM需要有前期開發準備，以及安裝基礎設施的成本費用支出。