隨著無線充電成為主流技術，搭載相關技術的手機出貨量提升，全球所有應用和產品的無線充電接收器和發射器出貨量在2018年成長了37%，達到6億台。根據市調機構IHS Markit，2018年全球無線充電接受器達4.3億個，推估至2022年將達61億個；2018年全球無線充電發射器達1.98億個，推估至2022年將達27億個。可見無線電能傳輸(WPT)已邁入快速發展階段，而隨著無線充電技術繼續快速發展，導入裝置也從智慧手機擴展到更廣泛的應用和產品領域。
恩智浦半導體資深市場行銷經理何信龍表示，由於無線充電的普遍性，接下來可以看到非手機的消費性產品也會漸漸導入無線充電。未來，無線充電的發射板會像插座或USB一樣越來越普遍，成為另一個消費型產品的供電選擇。另外，也由於技術與原物料的成熟，WPC(Wireless Power Consortium)基礎的Qi無線充電應用也嘗試往大功率以及多線圈的方向發展，預期2020年初就會陸續看到相關產品面世。
無線充電在手機應用越來越廣泛，市面上手機幾乎都已經逐漸列為標準配備。預估2020年無線充電在智慧型手機的滲透率，將有望成長到20%以上。但是隨著智慧型手機功能越來越強大，手機耗電量也不斷提升，而早期開發出無線充電只有功能性的充電，因為技術問題只局限於小功率充電，導致充電時間冗長，影響使用者體驗。
對此，艾迪特科技(IDT，現為瑞薩電子子公司)台灣區業務協理詹維青(圖1)表示，就該公司觀察而言，2020年發展重點以縮短充電時間的快速充電功能為主，技術開發則聚焦於提升充電功率，同時提升充電效率、降低功耗損失、節省能源為趨勢，讓使用者能快速充電，節省充電時間。
圖1 IDT台灣區業務協理詹維青表示，2020年發展重點以縮短充電時間的快速充電功能為主。
而IC業者除了著重在充電功率的提升以外，也會積極拓展創新應用，例如車載無線充電發射器即是重要的發展趨勢，使用者可以直接在開車過程將可攜式裝置放入車用無線充電座充電。此外，因應可攜式裝置(如智慧手表、無線藍牙耳機)普及而研發反向充電技術，利用手機為可攜式裝置充電。
持續改善成本/效率/使用者體驗
整體來說，無線充電的技術發展將以智慧手機為中心，逐步在擴展到消費電子配件、汽車、基礎設施，醫療和工業應用。隨著高階智慧型手機的普及率提高和技術的成熟，不久後將能看到具有無線快充功能的中階機型面世。而在無線充電積極拓展市場版圖的同時，也有必須克服的挑戰。
對此，安富利台灣產品管理經理楊士緯(圖2)指出，無線充電須克服的難題可分為成本、充電效率以及對位(使用者體驗)三大面向。無線充電相對有線充電成本較高，不論是元件成本或者是充電盤的價格皆是，而隨著瓦數的提升，成本的挑戰將會更大。第二個重要的議題是充電效率，因為效率不好就會轉換成熱能，導致系統過熱，而無法長時間進行高功率充電，將影響快充體驗。
圖2 安富利台灣產品管理經理楊士緯指出，無線充電必須克服的難題包括成本、充電效率以及對位(使用者體驗)問題。
目前Qi已在消費性電子市場取得主導地位，然而，對位問題卻持續影響使用者體驗。無線充電在發展初期，技術的演進多為功能導向，而隨著市場發展越趨成熟，2020年技術與設計趨勢也會越來越著重在消費者體驗。具體來說，目前市面上大多數的充電盤可能只有一個線圈，但隨著周邊產品(如藍牙耳機或手表等)都開始支援無線充電，提升消費者體驗將會成為產品開發的一大重點，因此市場上會慢慢出現整合型或特殊設計(造型)的充電盤，來協助消費者更易於對準發射端與接收端線圈。
此外，楊士緯也提及一個潛在的挑戰，即是手機的背板的材質對無線充電的影響。不管是用Qi還是Airfuel這兩種無線充電技術對金屬都非常敏感，因為電磁能量會讓金屬物質產生劇烈加熱反應，進而導致充電盤發熱、無法正常運作。目前此問題在智慧型手機業者改用玻璃背板後暫時被解決了，但因為材料選用的主導權是掌握在智慧型手機業者手上，未來有可能會因為通訊或其他機構設計需求再次改變背板的材料。因此，這對於無線充電業者來說這仍是一個潛在的挑戰。
無線充電功率逼近有線
隨著智慧型手機導入越來越多功能，電池消耗量也持續增加，手機電池尺寸也隨之增大，而為讓消費者能有更好的體驗，智慧手機也開始支援快充功能。以有線充電來說，目前市面上廣泛應用即為高通有線充電QC3.0 36W最大快充。而在無線充電方面，詹維青表示，無線快充技術已可達到20W以上的充電功率，可見其效能越來越接近有線快充。
然而，隨著功率提升，功率損耗也會增加，因此手機與無線充電座在快充應用上會遭遇到的熱問題越來越嚴峻，必須加入更多散熱設計，以降低系統的溫度。舉例來說，目前小米30W無線充電快充座即在底座增加散熱開孔以及散熱風扇，冷卻充電座與手機接觸表面溫度，進而實現更高功率的傳輸。
而因應快充的發展趨勢與需求，市面上也陸續看到15W以上的無線充電產品，例如IDT近日也發表了業界首款30W無線充電晶片組，其中包括P9415接收器和P9247發射器，二端相互工作，使智慧手機能夠以高達30W的功率進行無線充電。
何信龍表示，在無線充電上實現快充或是增加功率，一直是未來的趨勢，但他認為，比較無線充電與有線供電的速度其實是不實際的。無線充電的本意是方便，帶給消費者的自由的體驗，因此著重的方向應該是讓消費者能更方便地使用。拉高無線充電速率並不難，難的是要處理相對應衍生的熱問題、效率問題，以及真正快充的時間有多少；甚至是在快充情況下，對電池壽命的影響。這些議題過去常常被忽略，而落入無線快充的速度競賽，忽略了快速充電帶來的負面效應，從能源管理的角度看來是不公平的。他強調，功率的需求是根據應用而定的，快充不難，難的是在產品的設計上取得效率、散熱與成本的平衡點。
智慧手機快速充電的主要挑戰是其熱度的管理，目前的智慧手機具有很高的整合度，在非常有限的電路板(PCB)空間中封裝了大量電子設備，因此，功率傳輸架構必須設計得非常高效。為此，快充技術也針對功率損失部分改變控制器架構。高功率設計從早期的低壓差穩壓器(LDO)架構，改善到利用電容分壓器(Capacitor Divider)功率切換架構，調節輸出功率、提高整體效率、降低功耗以及熱源損失，在充電座也須搭配冷卻散射技術並行。
另外，由於無線充電過程中最怕有金屬異物介入手機以及充電座之間，產生渦電流效應導致金屬異物發燙，甚至引發燒毀等安全性問題，因此也必須要有對應的機制，在無線充電領域認證即統稱為異物檢測技術(FOD)。舉例來說，IDT的FOD檢測技術透過演算法在手機以及充電座不同功率輸出動態檢測FOD門檻，如果有金屬異物介入甚至充電距離越遠，功耗損失越大超過FOD門檻值即停止充電，避免因不當熱源擴散而產生燒毀安全性問題。
整體而言，在提高無線充電功率的議題上，更多的挑戰可能在於機構的設計。對此，意法半導體(ST)技術行銷工程師莊維燾(圖3)指出，目前高規的無線電源發射器與接收器搭配起來，已經可以實現95%以上的充電效率，IC本身的溫度並沒有想像中那麼高。更多時候發熱問題可能是源自於充電盤的搭配，或者線圈、電路板與電池，因此，若要改善無線充電發熱的問題，必須從整個機構設計著手。
圖3 意法半導體技術行銷工程師莊維燾表示，要改善無線充電發熱的問題，必須從整個機構設計著手。
快充功率影響系統運作 智慧手機廠拿回市場主導權
過去，無線充電發展主要由IC業者、解決方案商主導，但未來市場將產生變化，轉由智慧型手機業者主導手機的無線充電市場。因為就充電技術本身而言，IC已可以支援20W、30W以上的充電功率，將不會有重大的挑戰與突破，主要課題會轉向如何在提供大瓦數快充的同時，讓系統的溫度維持在可接受的範圍內。
站在智慧型手機廠商的角度，增加充電瓦數、縮短充電時間，進而提升使用者體驗固然重要，但手機廠商也必須顧慮到充電發熱問題，須避免溫度過高影響其他效能，因此，智慧型手機業者在提升充電瓦數時會特別的謹慎。據了解，目前手機大廠都已經開始制定發射端(充電盤)的身份驗證流程(握手協定)，充電盤在輸出電力之前必須先通過身分驗證，方能提供大功率的快充。此外，手機廠也會導入溫度調節機制，當系統溫度過高就會自動降低充電的瓦數，避免手機過熱、發燙。而沒有通過聯盟或者手機廠制定的快充認證的充電板，就只能提供5W的輸出功率。
楊士緯表示，一旦快充導入身份驗證機制，也就意味著手機業者拿回主導權。而對於消費者來說，發射端(充電盤)必須通過各手機業者訂定的認證才能為該品牌的智慧型手機進行無線快充，優點是能在更有安全保障的情況下獲得更高的充電瓦數，缺點是只能購買原廠或者經手機業者官方授權的充電盤，恐付出更多的成本。
而從IC業者的角度來說，隨著快充成為無線充電在智慧型手機發展的重點，市場主導權回到手機廠手上，因此IC業者與解決方案商必須更積極地拓展新的應用，以謀求更多市場機會。而無線充電的新興應用包括中功率的筆記型電腦、滑鼠等電腦周邊配件、5G小型基地台、無人機、電動腳踏車、掃地機器人以及工具機等。楊士緯表示，目前上述應用都已觀察到市場需求，但仍有成本等挑戰須加以克服，能否提出被市場接受的方案與價格是關鍵。
智慧手表/藍牙耳機驅動雙向充電需求
從2019年新推出的機型也可以觀察到，許多旗艦型機種都有導入雙向無線充電的功能，智慧型手機除了是接受端，也可以當作發射端，為其他有支援無線充電的智慧型手機或周邊配件供電。
對此，莊維燾表示，事實上該公司在2016年左右就開發出可支援雙向充電的無線充電IC，但無線反向充電功能卻一直到2018年底才被華為採用，而三星與蘋果則在2019年推出的旗艦機型導入無線反向充電功能。
事實上，雙向無線充電在技術上並沒有面臨太大的難題，市場至今才導入此功能的原因多半出自商業考量，首先是成本考量，再來就是市場需求，當時並沒有明確的應用以及市場需求。直到近兩年智慧手表、無線藍牙耳機越來越普及，雙向快充才有了明確的應用。換個角度來說，從智慧型手機導入雙向無線充電功能的現象，也意味著2020年會有越來越多的周邊配件(如藍牙耳機/充電盒等)陸續開始支援無線充電功能。
多線圈充電盤開發面臨挑戰
在充電板中放入十個以上的線圈，讓使用者能任意擺放裝置且能同時為三個以上的裝置充電，曾是備受矚目的熱門議題。然而，蘋果卻在3月宣布將暫緩推出Airpower，透露出多線圈充電盤所面臨的強大挑戰。目前異物偵測多基於能量差偵測，楊士緯說明，當充電效率比預設值低出許多時(發射端輸出功率與接收端接收到的功率差距過大)，裝置就會判定有異物介入，而暫停充電。然而，若在充電盤放入十個以上的線圈，某些線圈與接收端的線圈勢必無法完全對準，可能只有對到30%，導致該發射端線圈與接收端線圈的充電效率不如預設值。這時候必須透過精確的演算法來判斷是有異物，還是線圈沒有完全對準所導致。假設充電盤共導入16個線圈，就必須逐一進行精算與判定，複雜度非常高，也導致產品推出暫緩。
而IDT也表示，以現階段的情況來說，比起多線圈Airpower型系統，手機廠更重視更高的充電體驗。儘管，具有更大空間自由度的多線圈系統在特定應用中可能會變得越來越流行，例如，三線圈系統在汽車車載無線充電應用中非常受歡迎。但是多線圈系統的成本增加，以及異物檢測技術精確度，都有可能限制該技術的普及。
市場起飛 專利問題隨之而來
而隨著無線充電在消費性市場越趨成熟，專利問題也隨之而來。對此，楊士緯表示，隨著無線充電經濟規越來越大，專利持有者也開始向廠商索取授權費，使得手機等品牌業者面臨很大的挑戰。因此，WPC聯盟近來非常積極推動專利池(Patent Pool)，整合所有握有Qi無線充電專利的廠商，並建立相對公平的認證機制，認定不同的專利對於無線充電產品設計的重要性，再依此訂定合理的授權費用。讓握有專利與需要專利的廠商都能有更好的溝通平台，簡化專利申請流程，幫助市場解決專利所衍生出的問題，讓廠商更專注於產品開發，也避免因專利問題而導致產品推出延宕。
而除了專利問題以外，不符合認證規格的產品充斥市面，影響無線充電使用安全，也是目前整個市場面臨的挑戰。而為解決此問題，Qi即將在2020年發表1.3版本，除了將大幅改進異物偵測的安全性，也將強化發射/接受產品認證流程。
據了解，目前有部分廠商會透過作弊的方式來通過驗證。Qi無線充電裝置上會有一套PRMC CODE(Power Receiver Manufacturer Code)，而近來WPC聯盟察覺到，有許多廠商在進行認證時，會藉由裝置上的PRMC CODE來辨認目前進行充電的是測試設備還是待充電裝置。若經辨認後為測試設備，待測裝置就會回傳一套假的參數給測試設備，藉以騙取認證。而為有效遏止廠商透過這種投機取巧的方式通過認證，Qi 1.3版本將會隱藏設備上的PRMC CODE，藉以解決此問題，以更嚴謹的認證流程把關產品安全。
對此，何信龍指出，上述的事件也反映了整個無線充電市場越趨普及後，亂象越來越多。很多公司推出非標準的無線充電產品，包括美國知名的品牌客戶，鑽WPC的測試漏洞，造成許多意外事件，也造成相關手機公司的困擾。而隨著市場越趨成熟，聯盟與品牌業者都將更注重安全議題，可以預期，未來WPC聯盟還有手機公司會推出更多的安全保護措施來保護自家的產品，避免因山寨、不合規的充電裝置導致產品損壞。