A4WP/PMA直追WPC　無線充電技術戰局風雲變色

無線充電三大標準聯盟戰火升溫。儘管無線充電聯盟(WPC)的發展一路領先，但隨著A4WP(Alliance for Wireless Power)與電力事業聯盟(Power Matters Alliance)於今年2月宣布結盟，並祭出磁共振(Magnetic Resonance)和磁感應(Magnetic Induction)雙模互通 設計策略，WPC勢將面臨更嚴峻的競爭威脅，使無線充電主流技術爭奪戰增添變數。

據悉，A4WP和PMA兩大技術陣營，原本分別著墨於磁共振和磁感應無線充電標準，雙方關係涇渭分明，然而，由於兩聯盟在標準制定腳步和商用規模的發展上皆落後WPC一大截，因而祭出聯合次要敵人，打擊主要敵人的計策，簽訂合作協議，期能後來居上。

A4WP主席Kamil A. Grajski表示，由於A4WP及PMA成員在特定領域皆具有主導地位，雙方進一步合作勢將加快推動無線充電大量商用標準成形，並促進無線充電供應鏈生態系統益發茁壯。

未來A4WP和PMA成員將能利用各自的磁共振與磁感應標準技術，開發多模無線充電產品發射器(Tx)和接收器(Rx)，進一步挑戰尚未揭櫫磁共振技術或雙模互通標準的WPC陣營。

除組織策略聯盟外，PMA和A4WP亦考量WPC Qi標準使用的頻段易受干擾，且無法同時相容磁感應和磁共振技術，因而競相轉向高頻段發展，並結合藍牙(Bluetooth)4.0或近距離無線通訊(NFC)技術，以促成多模產品蓬勃發展，藉此快速擴大市場版圖。

借力NFC與藍牙4.0　PMA/A4WP壯大發展聲勢

圖1　UL亞太區事業發展經理陳立閔提到，目前已有台商投入開發支援A4WP標準、30瓦功率的無線充電設備。

UL亞太區事業發展經理陳立閔(圖1)表示，繼WPC的Qi標準之後，A4WP的Rezence標準認證計畫也於今年初大勢底定，而PMA的無線充電標準則可望於今年中揭櫫雛形，將引燃下一波技術戰火。尤其A4WP率先以藍牙4.0做為無線充電發射器與接收器的通訊機制，而PMA也研擬結合藍牙或NFC，皆與WPC採用自行定義的In-band訊號傳輸模式有所區隔，可望為無線充電技術發展帶來全新轉變。

事實上，目前WPC、PMA和A4WP標準的通訊協定和使用頻段皆不相容，不僅對業界研發磁感應和磁共振多模產品造成阻礙，也使無線充電技術逐漸走向以往藍光與HD-DVD陣營相互對抗的局面，導致開發商紛紛抱持觀望態度，不敢全力投入發展。

陳立閔分析，儘管Qi的產品已開始導入商用，但仍局限於近距離的磁感應、5瓦(W)功率以下手機無線充電應用，無法滿足業界發展較長距離及中大功率應用的需求，因而給予A4WP和PMA兩大聯盟迎頭趕上的機會。

除此之外，Qi運行的110k～205kHz頻段與胎壓監測、Smart Entry System等應用頻率重疊，干擾問題將日益突顯；再加上鄰近醫療植入物使用的頻段，一旦無線充電產品大量普及，安全疑慮可能會成為致命傷。因此A4WP和PMA皆朝更高頻段發展，其中，A4WP已選用6.78MHz頻段，甚至也開始研擬13.56MHz倍頻方案，以進一步減輕6.78MHz頻段中可能與電源供應器開關(Power Supply Switch)工作頻率互相干擾的問題。

陳立閔認為，A4WP和PMA標準皆可望在今年底定，屆時WPC在無線充電市場上將不再穩操勝券，還可能因In-band通訊協定的問題，在磁感應與磁共振多模產品的發展上落後另外兩大陣營，讓無線充電技術版圖大挪移。

圖2　美商國家儀器自動化測試行銷經理潘建安(右)指出，A4WP無線充電方案已開始展開測試，有機會在今年下半年揭櫫產品雛型。左為宗臣科技經理江常睿

美商國家儀器(NI)自動化測試行銷經理潘建安(圖2右)也提到，在A4WP新標準帶動下，藍牙4.0、NFC結合無線充電的量測需求已明顯增溫，但由於藍牙和NFC必須透過射頻(RF)訊號分析儀器才能進行量測，相關測試設備成本較高且測項複雜，因而也墊高終端產品價格。

潘建安進一步強調，目前無線充電市場規模正值萌芽階段，因此尚未有儀器商甘冒風險打造專屬的無線充電測試儀，現階段大多在既有儀器中以軟體升級方式實現無線充電量測需求，不過，急就章的結果也意味著測試功能無法順利到位，影響晶片商和系統廠的產品上市時程。

為協助業界降低無線充電系統成本，並滿足所有測試需求，NI即利用PXI模組化架構及軟體定義系統(Software Defined Systems)設計模式，一次整合WLAN測試、頻譜分析、無線電測試和數位電表等功能，全面加速A4WP標準無線充電晶片與系統量測時程。

共振/感應互通設計卡關

儘管A4WP的發展腳步明顯躍進，不過，無線充電主流技術易位的情形短期內還不會發生，主因係A4WP標準設計仍須克服成本昂貴的問題，且與PMA合力推動的磁感應加磁共振雙模方案還有諸多技術挑戰，尤其兩種技術各以低頻及高頻運行，PCB布局及零組件需求大相逕庭，將是最難突破的技術關卡。

圖3　NewEdge Technologies總經理陸惠宏認為，多模無線充電方案的概念雖好，但設計難度頗高。

NewEdge Technologies總經理陸惠宏(圖3)表示，磁共振和磁感應技術差異極大，分別運作在數百kHz和6.78MHz範圍，因而也導致周邊零組件的配置截然不同，短期內將難以整合在單一PCB板上。舉例來說，現行的磁共振方案必須搭配高頻元件並外掛一顆藍牙4.0晶片；而Qi的磁感應技術則採用低頻元件，且以In-band方式在Tx和Rx之間傳遞訊號，兩種技術方案在功率放大器(PA)、整流器(Rectifier)和通訊方案皆各有所需，導致多模系統的發展窒礙難行。

雖然多模無線充電有技術整合的天險，但聯發科已搶先在2014年國際消費性電子展(CES)發 表磁共振/磁感應雙模無線充電晶片，為市場投下一顆震撼彈。只不過，聯發科宣稱可藉由In-band技術解決現行磁共振與磁感應標準通訊模式不一的問題，加速開發多模無線充電發射器與接收器；然而其對In-band通訊機制在高低頻切換，以及大於五公分以上的充電距離所造成的電源訊號干擾解決之道卻避而不談，同時也尚未揭露完整的系統配置，因此，業界人士預料該產品要順利導入商用還須一段時間。

圖4　致伸電子資深經理丘宏偉強調，蘋果已布局豐富的無線充電專利，可能引發下一輪技術競賽。

致伸電子資深經理丘宏偉(圖4)強調，且不論多模設計難關難以跨越，單就A4WP的Rezence磁共振標準而言，要導入商用就有不少的問題，其中，物料成本驚人更是最大阻礙。該標準方案不僅須搭載昂貴的高頻元件，還須在發射端和接收端同步內建成本達1塊多美元的藍牙4.0晶片；此外，A4WP為延長無線充電感應距離，也要求在發射器和接收器線圈中採用共振 腔設計，在在墊高技術難度與成本。

陸惠宏進一步指出，由於磁共振和磁感應的多模設計卡關，目前業界已轉向要求晶片商提供WPC Qi加PMA磁感應標準的無線充電發射器和接收器，以加速消弭不同技術標準之間無法互通運作的問題。因應市場需求，NewEdge Technologies也將在今年第一季量產符合Qi規格的晶片，同時將投入開發PMA產品，並於今年下半年啟動Qi加PMA的雙模磁感應晶片設計案。

防堵市占流失　WPC全力拱大商用規模

圖5　德國萊因(T?V)資深專案經理Jan-Willem Vonk指出，該公司將提供完整的Qi 1.1版FOD測試，協助客戶加速開發產品。

無庸置疑，目前WPC的Qi標準商用進展仍遙遙領先其他兩大技術陣營，並已率先取得諾基亞(Nokia)、三星(Samsung)、樂金(LG)、夏普(Sharp)和宏達電等一線手機大廠青睞，推出多款支援Qi標準的智慧型手機，足見Qi已成為電子產品製造商進軍無線充電領域的重要門票。相較之下，PMA、A4WP則仍在研擬標準或開發產品階段，何時能展開商用尚不明朗。

雖然PMA和A4WP落後一截，但WPC為避免龜兔賽跑的情形發生，也積極研擬新版高效率、高安全性Qi無線充電標準，以持續擴張商用規模。德國萊因(TUV)資深專案經理Jan-Willem Vonk(圖5)表示，今年WPC將傾力推廣支援金屬異物偵測(FOD)功能的Qi 1.1版標準，透過提高使用安全性，進一步開拓智慧家庭、車用無線充電市場版圖，期在各個應用領域確立技術主流地位。

與此同時，WPC看準未來無線充電技術競賽將以能源效率為重要指標，正積極展開效率高達72～78%的下世代Qi標準，並計畫將充電功率提升至15瓦以上。Vonk更透露，WPC亦已投入研究2kW的無線充電技術架構，並持續開發更低成本且支援更高功率的線圈模組。

陳立閔則指出，因應A4WP和PMA的猛烈攻勢，WPC也已緊鑼密鼓制定相容磁共振技術、支援中功率無線充電的Qi 2.0版規範，未來三大標準聯盟的技術競賽將更趨白熱化。

搶搭Qi順風車　富達通攻雙模發射器

圖6　富達通科技無線充電事業部經理詹其哲提到，今年CES展中消費性電子廠商大力推廣無線充電產品，可見市場已經愈來愈熱。

為快速搶占無線充電市場版圖，富達通將於今年第二季改採雙模無線充電發射器設計模式，除持續支援旗下最高達100瓦(W)功率的無線充電技術外，亦將納入Qi的5瓦充電標準方案，從而搭上業界全力推展Qi標準產品的商機熱潮，同時也為無線充電未來朝中大功率應用的發展鋪路。

富達通科技無線充電事業部經理詹其哲(圖6)表示，今年第二季，富達通將推出業界首款雙模無線充電發射器，除可搭配符合WPC Qi標準的無線充電接收器，以5瓦功率為智慧型手機充電外，亦可採用該公司專利中大功率無線充電接收器方案，實現最高達100瓦功率的應用，從而滿足各種電子設備導入無線充電的需求。

事實上，目前Qi標準方案在無線充電市場上一枝獨秀，也因此，詹其哲認為，該公司搶推雙模無線充電發射器可謂一石二鳥之計，一方面有助其加速進軍無線充電市場，另一方面也能補足Qi尚未支援5W以上中大功率無線充電的設計缺憾，吸引手機製造商以外的業者加入發展，進而擴大無線充電市場規模。

詹其哲進一步分析，現階段業界熟知的三大無線充電聯盟皆未正式發布5瓦以上的方案，而富達通則是第一個突破中大功率無線充電技術桎梏的晶片商，並已向美國專利局申請高功率電源傳輸方法、自動功率調整、自動偏移修正和感應式電源供應器散熱架構等多項專利，可望在下一階段的智慧家庭、工業無線充電應用領域居於領先地位。

至於下一階段的發展，詹其哲認為，為減輕家庭、商辦，甚至是工廠的電線布設負擔，中大功率無線充電技術開發勢在必行，包括可放大能量的共振腔設計，以及可延長發射器和接收器感應距離的動態調諧控制(DHC)均是相關業者未來的布局重點；而隨著功率逐漸提高，充電安全方面也須要更先進的寄生金屬物體檢測方案把關，在在顯示無線充電領域還有許多金礦等待開發。

無線充電下一站　聚焦電動車大功率充電

圖7　ABB業務發展經理許欽堯表示，考量車用安全，電動車無線充電的頻段選擇將是一大學問。

至於無線充電的下一步發展，ABB(Asea Brown Boveri)業務發展經理許欽堯(圖7)認為，高達上千瓦的電動車(EV)無線充電方案將是產業未來主要發展方向，從而協助車廠以無線電源取代須經常插拔，且電纜成本昂貴、厚重又具有漏電危險的有線充電模式。

據悉，目前在電動車無線充電領域中，以高通(Qualcomm)最為積極，已基於A4WP磁共振技術架構開發獨家大功率電動車無線充電方案(圖8)，並與Formula E攜手在2014年CES展出搭載無線充電功能的電動賽車。此外，包括聯發科和WiTricity等業者亦正緊鑼密鼓部署車用無線充電方案，搶占市場商機。

許欽堯也透露，由於歐美車廠積極推動電動車上路，因而也加快國際電工委員會(IEC)制定車用大功率無線充電標準的腳步，預計該組織最快將於今年第二季發布相關的規範草案。同時，在日本方面，Toyota也宣布將在旗下電動車導入WiTricity的無線充電方案，而Nissan則投入發展獨家非接觸式無線充電技術。

另一方面，美國自動機工程師學會(SAE)則針對車用無線充電功能元件的安全性、互通性制定SAE J2954標準。許欽堯認為，車用無線充電功率極高，對漏電防護、電磁干擾(EMI)和電磁相容(EMC)等安全問題要求也相當嚴格，因而須特定規範把關，才能降低大量商用的風險。就目前SAE的標準制定規畫來看，預計2015～2016年，J2954規範將大勢底定，成為助長車用無線充電發展的東風。

圖8　高通車用無線充電方案概念圖

顯而易見，無線充電正如火如荼發展，不僅為半導體、電子科技產業引爆龐大商機，三大標準聯盟之間的競合關係亦為業界帶來全新話題，尤其今年CES中，參展廠商已大舉秀出行動裝置、筆電、智慧家庭和車用無線充電方案，更可期待此一新技術的商用規模將日益蓬勃。