為提升使用者充電體驗，無需纜線的無線充電已被視為2013年熱門商機。現今在WPC與A4WP標準聯盟齊力推動下，無線充電供應鏈已日趨完整，而標準規範也逐漸確立；攸關充電效率與範圍的發射器、線圈類型也正不停擴增中。
由於無線充電可解除使用者須依靠纜線充電的限制，大幅增加使用者充電體驗，因此電信營運商及手機製造商皆逐漸推動此一技術。然而，現今包括高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、英特爾(Intel)、Powermat、諾基亞(Nokia)、NTT DoCoMo等電信營運商、系統廠與IC設計業者都期待建立自己的標準。本文將概述各種已問世的無線充電協定，並闡述其各自的優缺點，及哪一個市場對於無線充電的需求最為殷切。
加速無線充電發展 標準確立至關重要
事實上，無線充電並非嶄新的觀念或技術，但近日卻屢屢博得頭條版面，肇因行動裝置無線充電標準誕生，促使新款手機皆紛紛支援此一技術，例如Nokia Lumia 920或是樂金(LG)Nexus 4。將行動無線充電標準化可為市場帶來許多好處；首先，標準化可保障相容性，來自A廠商的充電器絕對可用在B廠商的裝置上，反之亦然。最典型的例子莫過於電話系統，世界上任何一部電話都可以致電給地球上任何另一台電話，但我們通常將這視作理所當然，其實這是標準化所帶來的貢獻。
既然有了標準，市場競爭自然隨之而生，而激烈的競爭則可助長終端價格更為親民與產品持續創新。有鑑於此，每家公司都須設法想些新點子，才能讓自己的產品在市場上脫穎而出。
另一個好處則是確保供應無缺；就算其中一家公司不再提供產品，總有另一家可以取而代之。標準化還可透過獨立測試機構的程序進行驗證，以確保充電品質無虞。最後一個優點則是信任感，因為客戶絕對不會投資一項沒有市場前景的產品。標準的存在，即代表現有的產品一定可以配合未來的產品運作，因為標準驗證程序保障了回溯相容性。上述這些標準化帶來的好處，都是推動市場成長的必要條件。
提升無線充電體驗 嵌入式解決方案備受矚目
值得注意的是，無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)於2012年9月宣布，全球約有八百五十萬支智慧型手機在出貨時已經配備無線式充電功能，採用的正是WPC的Qi標準。一旦無線充電電路也整合至手機內時，無線充電的接受度勢必將大為提升，主要是由於使用者毋須再仰賴特製的外接裝置，無論是使用上或外型都可令消費者更為滿意，新款智慧型手機Nokia Lumia 920或LG Nexus 4就是這股新潮流的最佳例證。
整合電路可大幅降低消費者須負擔的功能成本，也可避免外接裝置導致手機厚度增加。手機製造商同時也會推出專屬的簡易廉價版無線式充電底座，這同樣也可以提供該功能。很顯然，未來智慧型手機將會是推動此項技術成長的關鍵動能，並可能成為無線充電零組件用量最大的應用市場。
無線充電商機崛起 周邊產品可望雨露均霑
此外，由於智慧型手機廣泛採用無線充電後，也會促進大量的周邊產品。例如JBL或是TDK等品牌的無線音效喇叭產品可望相繼登場，而這些無線充電的喇叭還整合了三種互補的技術；首先是藍牙(Bluetooth)用來從手機接收音效檔案、近距離無線通訊(NFC)用來自動配對藍牙，而無線充電則負責為手機充電。這種組合為使用者提供從電話到喇叭的自動音效串流體驗，且完全不涉及實體連結，也不需配對機制，只要把手機放在喇叭上就好。
此外，在未來的汽車裡，中央控制台會內建手機用的無線充電器。只要將手機放在表面上即可充電，且它會自動連結到車上的藍牙訊號，同時讓手機連上車頂的全球衛星定位系統(GPS)天線，以便在手機應用及媒體檔案傳輸至車內資訊娛樂系統時，有較佳的通訊效果。在不久的將來，這兩種無線技術的結合將可為駕駛帶來最極致的智慧手機整合體驗。
增加發射器/線圈類型 產品設計自由度提升
了解無線充電的應用市場與願景後，亦須熟悉所有的無線充電系統採用的基礎原理與各個標準聯盟發展現況(表1)，才能在市場起飛時掌握住商機。所謂無線充電即是線圈由磁場產生的感應電流，有時也稱為磁感應或是共鳴磁場，差別則是在發射(Tx)及接收(Rx)線圈之間的耦合因數。高耦合因數系統意指兩個線圈都必須彼此靠近，而且要對得準。有些系統設計會採用較低的耦合係數，因此可以相距較遠，於是在放置接收與發射線圈時，通常較有彈性。
WPC創始於2009年，此一標準聯盟所創設的無線充電標準稱為Qi。目前成員已超過一百二十個以上，認證的產品數量也最多，該聯盟目前算是達成既定目標程度最高的標準組織。事實上，WPC不但制定了發射器拓撲，也確保與既有WPC接收器產品的回溯相容性。發射器可採用一組或多組線圈，而多組線圈的組態更可透過單一或多重線圈同時產生磁場；第一種發射器拓撲採用的是近接磁感應耦合，並依靠數個(三～八組)線圈來達到X軸與Y軸方向的空間自由度。發射器與接收器之間的Z軸距離通常是5毫米(mm)。最近WPC又提出了新的發射器類型，具備5公分的Z軸空間自由度，並採用適應性共鳴磁性原理，同時保持與既有WPC感應式耦合線圈的回溯相容性。
另一個無線充電標準聯盟則是成立於2012年的All For Wireless Power(A4WP)，提倡共鳴式磁場無線充電系統，採用的是6.78MHz ISM頻帶，以產生所需的磁場。A4WP不支援像WPC一樣的近接感應耦合機制。這兩個標準之間最大的差異在於頻率不同；WPC採用100～205kHz之間的頻率，A4WP則是6.78MHz。此外，還要注意的是ISM頻帶可能也有其他公司或是無線電力傳輸協會會使用。舉例來說，英特爾所展示筆記型電腦與手機之間的無線電力原型，就是使用13.56MHz。另外，Eurobalise協會也已經指定火車與車站固定應答器之間的無線充電系統要使用27MHz的頻率。
值得注意的是，目前只有WPC、A4WP和較不重要的Eurobalise是以協會方式運作的開放式無線充電協定，而其他系統像是Witricity或是英特爾都是專屬版本的無線式充電，較難以得到業界的支援。
另一方面，Powermat最近也成立了一個稱為Power Matter Alliance的新協會，試圖將其無線電力技術轉換為新的標準，但目前還無法斷言這個嘗試是否會成功。表1中值得注意之處，在於使用ISM MHz頻帶的無線充電系統，必須仰賴不同的頻帶傳送能源或進行通訊。主要的原因係因ISM頻帶原本就較為狹窄，且頻帶外輻射的需求也較嚴格之故。另一個重點則是這些技術在放置接收器與發射器的相關位置時，是否具備空間上的自由。WPC原本就是密切耦合的系統，目前正在規畫一種適應性磁性共鳴發射器拓撲，因此具備大約5公分的Z軸自由度，X與Y軸的空間自由度也相仿或是略大。
Powermat則是最缺乏彈性的技術，它只能採用近接耦合系統，因此需要在發射器中使用磁鐵，才能校準線圈。A4WP與英特爾則採用相似的系統類型，而Eurobalise標準則與眾不同，因為它能以無線方式從高速列車將電力功率傳送到固定的軌道應答器(Balise)上，再將資料以不同的頻率回傳。
確保電磁輻射安全無虞 安規標準規範成濾網
那麼這些不同的系統在效益、成本及輻射法規遵循程度等方面的比較又是如何呢？如表2所示，技術本身已按照所使用的頻帶做區隔；其中，WPC和Powermat系統，使用低於500kHz的頻帶，其他則使用ISM頻帶，範圍是6.78、13.56或是27.095MHz。
此外，無線充電系統最重要的就是須遵循人體對於射頻與電磁相容(EMC)輻射暴露承受程度的法規。目前低於500kHz系統的效能較佳，也有較高的遵循空間；至於ISM頻帶，業界仍在觀望能否看到更為可靠的數據，證明這些系統確實可以通過FCC Part15以及CISPR11等規範。
至於效益、傳輸範圍及系統成本等方面，所有的技術都各有其長短，但是整體來說效能皆相去不遠。ISM頻帶系統用的驅動電路會較為昂貴，但是它的線圈和天線則較便宜，與低於500kHz的系統正好相反。至於傳輸範圍及效率，兩種頻帶都可以達到相近的效能，且兩者的物理性質也都在法規許可範圍內。
業界標準技術須能得到廣泛的市場接受度，才有機會成為主流。以Powermat為例，其雖是無線充電的先驅，但是花了5年的時間仍未能成為無線充電技術的首選。它最近與美國Duracell聯盟以數百萬元的投資創造品牌及基礎設施，但是成效如何仍不得而知。另一家廠商英特爾也打算建構專屬的無線供電系統，以個人電腦(PC)和Ultrabook作為無線充電的發射端，供智慧型手機及PC配件充電之用。
事實上，現今只剩下WPC和A4WP兩家為開放式標準系統，而WPC Qi系統已啟用將近4年，目前已超過一百三十七個成員參與，且該聯盟於2011首度公開其規格，隨後又在2012年公布了1.1版。A4WP則是2012年才開始運作，截至2012年10月為止，約有十九個成員，但A4WP尚未公開其標準規格。WPC則已取得包括日本、美國的電信營運商及其他消費性電子產品公司的支持；A4WP的主要成員及創始者為高通與三星。值得注意的是，三星同時為兩個協會的成員。事實上，在十九個A4WP會員當中，有七家同時也是WPC成員，這個比例日後也許還會持續增加，因為越來越多的WPC成員也都加入了A4WP，希望能取得規格。A4WP的加入門檻費用低於WPC的四分之一，因此，對於一些新創公司而言，要加入A4WP更為容易。
綜上所述，消費者正處於是否接納無線充電做為主流技術的轉捩點上，而成功所需的因素都已經齊備，標準亦已經誕生，包括大型代工廠商及無線營運商也都相當肯定此一技術。未來除行動電話及消費性電子裝置外，許多其他業界的裝置也可因為此項技術的進展而獲益，即使是不須標準化的領域亦然。例如，可攜式的醫療裝置、玩具、助聽器、機器人、專業音響設備、雙向無線電以及許多其他系統，都可以使用無線充電技術，藉由穩固的解決方案供應鏈，這些特定應用可望獲得眾多廠商支援。
(本文作者為飛思卡爾產品行銷經理)