無線充電聯盟(WPC)於2023年推出Qi v2.0標準，加入MagSafe磁吸式功能提升充電效率，突破過往Qi標準的技術瓶頸。預期接下來可看到無線充電改朝換代，並借助新標準動能將創新應用推進市場。
蘋果(Apple)自2017年加入無線充電聯盟(WPC)，除了象徵品牌廠對於無線充電的支援，2023年更與WPC合作，結合其MagSafe磁吸式技術推出Qi v2.0標準，為Qi系列睽違十多年的重大更新。
Apple在2023年底的版本更新中，宣布除了最新的iPhone 15，前面iPhone 13及iPhone 14兩款手機皆可支援Qi2，帶動接收端裝置成長，預計2024年支援Qi2的裝置數量將達到十億台。因應接收端裝置需求，充電裝置業者也加快產品推出速度，在2024年1月舉行的消費性電子展(CES)可看到多家業者展出Qi2無線充電基座，如ADAM elements、Belkin。
無線充電技術經過長期發展，無論是技術還是應用皆相對成熟，卻也遭遇便利性不足、充電速度過慢等瓶頸，逐漸成為行動裝置中普遍存在卻無法完全提升使用者體驗的功能。透過磁吸式技術及新增規範，Qi2得以提升傳輸效率並強化充電安全，突破多年來無線充電技術限制，有望為市場帶來新一波商機。
MPP磁吸式技術登場 Qi2提升充電效率/安全
圖1 Qi2裝置於線圈外圍加上磁圈 (圖片來源：高創科技)
Qi2是無線充電技術發展至今的重要里程碑，除了在線圈之外加入磁圈(圖1)，內部晶片的溝通協定也有所變化，在原有的低瓦數(5W以下)BPP(Baseline Power Profile)和中瓦數(15W以下)EPP(Extended Power Profile)之外，新增MPP設定檔(Magnetic Power Profile)。WPC行銷總監Paul Golden(圖2)表示，MPP有助充電器及接收器之間精準對齊，因此相較於Qi初代標準，Qi2充電速度更快、能源效率更高。根據研究調查，採用Qi2標準可將能源效率提升10~30%，具體提升幅度須視所比較的產品而定。與Qi2充電器搭配使用時，Qi2接收器能夠以15W進行充電，與初代標準普遍介於5~15W的充電功率相比更加穩定。
圖2 WPC行銷總監Paul Golden表示，相較於Qi初代標準，Qi2充電速度更快、能源效率更高。
加入磁吸技術除了可提升充電效率，也透過減少放置時需要注意對準的繁瑣動作增進便利性，並且藉由磁吸固定解除對於充電裝置的外型限制，能夠為過往難以和充電器搭配使用的裝置進行充電，例如VR/AR裝置，預期Qi2將進一步為更多種多樣的裝置應用帶來無線充電技術。
提升使用體驗之餘，Qi2也同時兼顧充電安全。高創科技專案管理師李典謙(圖3)表示，對於中低功率電子產品來說，充電效率至關重要。高效率可以減少能量損失，提高充電速度，同時減少熱量產生，因此可避免充電盤過熱問題發生。GRL無線業務開發協理何紹彭(圖4)表示，對於超過5W的充電功率，Qi2也強制規定裝置之間需要經由通訊協定進行認證，才能夠以更高功率充電，提高安全性。
圖3 高創科技專案管理師李典謙表示，對於中低功率電子產品來說，充電效率至關重要。
圖4 GRL無線業務開發協理何紹彭表示，Qi2規定裝置之間需要經由通訊協定進行認證，才能夠以超過5W的功率進行充電，提高安全性。
Qi2產品設計考量多
WPC在無線充電領域已累積多年經驗，具有評估充電功率表現的標準化方式。然而，瑞薩電子主任工程師洪世彥(圖5)表示，儘管具有標準化模擬板，不同類型的產品仍可能因為外在因素而影響其效能，甚至是認證結果。因此，產品開發人員需要針對充電面積、線圈選用進行測試及評估，以避免實際產品的充電效率與預想落差過大。
圖5 瑞薩電子主任工程師洪世彥表示，儘管具有標準化模擬板，不同類型的產品仍可能因為外在因素而影響其效能。
此外，洪世彥說明，中低功率電子產品若非同時設計傳輸電路(Tx)及接收電路(Rx)，將難以實現最佳充電距離，導致產品充電效率下降，進而轉為熱能。接著，熱能將被充電IC偵測，根據IC內部韌體的安全設定，在工作溫度提升時降低充電能力，進一步影響充電效能。同時設計Tx及Rx有助解決此項挑戰，例如瑞薩便具備完整的Tx/Rx產品線，除了針對中低瓦數推出獨立Tx或獨立Rx產品，也提供TRx解決方案，可經由韌體設定改變為Tx或Rx，有利於縮短中低瓦數產品開發時程。
Tx和Rx之間的距離除了影響充電效率，對於加入磁吸式的Qi2產品來說，充電器和接收端裝置的距離也將影響磁鐵吸力的穩固程度。高創科技資深專案產品經理孫効群表示，對於充電效率來說，相隔距離在5mm以內的差距並不大，但對於磁鐵吸力來說，只是幾毫米的差距也會產生顯著變化。孫効群解釋，WPC在Qi2的標準規範中已經限定產品設計可用的材質。依照測試結果來看，在一般手機殼1~2mm的厚度下，大概可承載12牛頓的吸力；若增加至3~4mm，吸力將大幅下降至2~3牛頓。因此，裝置業者在進行Qi2產品設計或探索標準新應用時，需要同步將磁鐵吸力列入考量。
通過WPC認可的測試工具能夠幫助業者在開發階段考量各種設計要素，確保產品符合Qi2認證需求。GRL作為Qi無線充電測試設備供應商之一，近期宣布其Qi2無線充電傳輸器測試儀獲得WPC認可為Qi MPP v2.0.1規範的官方合規性測試工具，協助提高新標準的測試效率。何紹彭表示，GRL也預計將於2024上半年成為Qi2認證實驗室，繼Qi v1.3之後，跟隨標準演進提供測試服務。
「便利性」仍為主打 無線充電應用盼多點開花
Qi2將充電功率提升至15W，固然改善了無線充電效率，卻還是遠遠比不上有線快充的速率。何紹彭表示，無線充電的主要優勢仍在於其便利性，適合用電量不多又需要時常充電的裝置。如何提高便利性長期為無線充電的重要議題，Qi2讓使用者不再需要擔心對準問題，真正實現「隨放即充」，是無線充電技術提高便利性的關鍵標準演進。
以應用場域來看，汽車產業近年來穩定成長，持續為無線充電裝置創造需求。高創科技總經理蔡照檳(圖6)表示，身為磁材線圈組供應商，車內充電為高創科技的主要業務之一，而Qi2的誕生將進一步打開車內充電應用可能，例如，藉由磁吸技術將手機或平板吸附於座位頭枕背後，將可取代傳統影音設備。李典謙認為，無線充電在車用場域的應用數量有望增加，不過，由於車內無線充電常採用多線圈，目前僅制定單線圈磁吸技術的Qi2標準仍有待跟進。孫効群也提到，車內充電裝置通常較不受空間限制，可透過外加卡榫等方式實現對準，因此對於Qi2的換代需求並不急切。
圖6 高創科技總經理蔡照檳表示，Qi2標準將進一步打開車內充電應用可能。
短期來看，無線充電從Qi升級至Qi2的趨勢將首先於消費性電子產品領域爆發。Golden表示，以消費性市場來說，智慧型手機占約六成，仍是市占最高的無線充電應用；而穿戴式裝置目前也正快速成長，其出貨量預計將於2026年與具備無線充電功能的智慧型手機不相上下，同樣為值得關注的裝置應用。展望未來，若標準更新、發掘新應用需求，車內充電可望同步升級至Qi2標準，而對於醫療等垂直應用場域，手持式超音波和體內醫療儀器皆有機會受惠於無線充電技術。
無線充電先蹲後跳 新標準探索多元可能
無線充電技術發展多年，在此期間，諸如無線充電滑鼠墊等應用想法頻出，卻因為難以普及而最終不了了之。對於面向一般消費者的消費性電子來說，創新應用和使用場景需要精準打中痛點並建立相關使用習慣，才能讓消費者買單。
Qi2突破過往Qi無線充電的效率瓶頸和便利性問題，為無線充電開啟新應用邁出關鍵一步。接下來，標準組織也將持續探索無線充電的可能性，例如WPC規畫於2024年推出的Ki千瓦等級充電標準，便將充電技術與家具平台整合，經由內建無線充電功能為無電池廚房用具充電。
全新應用將為產品設計帶來不同技術挑戰，隨著功能需求複雜化，無線充電標準也將越趨多元。Apple和WPC合作將推動無線充電統一標準發展，促使生態系相容互通，期待未來WPC無線充電能夠複製藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)推動無線音訊的成功路徑，在取代既有有線充電應用之餘，打造全新應用場景。