在標準紛紛出籠之際，無線充電亦開始跨入磁共振階段。盡管標準的訂定必然推動磁共振技術向前邁步，但也使過去既存的問題再次浮上臺面，包含物料成本、元件供應與安全認證等議題均受到熱切關注，同時市場對解決方案的需求也更加迫切。

　　雖然無線充電聯盟（WPC）已發布具備磁共振技術的Qi 1.2版標準，但目前業界普遍尚未取得詳細規格，也未見采用WPC磁共振標準的解決方案；相較之下，采用無線電力聯盟（A4WP）標準的首波磁共振無線充電方案預期將于年底上市，無論在技術或產品方面皆有較多實例可供參考。因此，以下系針對A4WP標準的磁共振無線充電開發挑戰進行探討。

　　高頻元件規格提升　磁共振無線充電挑戰重重

　　A4WP的磁共振方案并非采行一般電力傳輸常用的低頻率，而是選用較適合通訊的高頻率。由于通訊用頻段通常無須乘載大電流，而適用于電力傳輸的元件也鮮少針對高頻率設計，因而使磁共振無線充電方案無論是在元件的設計上或供應上，都為制造商增添了新的挑戰。

　　博通（Broadcom）手機平臺部門產品行銷總監Reinier van der Lee表示，為避免無線充電系統受到其他設備的頻率干擾，A4WP選擇避開無線電運行的頻譜，采用于工業、科學及醫療頻段（ISM-band）中的 6.78MHz進行電力傳輸，以增加磁共振無線充電的穩定性。

　　圖1　UL消費性事業電子科技產業部大中華區工程部總監蔡英哲指出，無線充電的頻段除了要避免與生物體自然頻率共振外，也必須避開各種通訊系統的頻段。

　　UL消費性事業電子科技產業部大中華區工程部總監蔡英哲（圖1）補充，頻段的選擇相當重要，為避免造成頻段間的干擾問題，因此目前的趨勢是將通訊頻段采用現有的成熟技術，如近距離無線通訊（NFC）、藍牙（Bluetooth）、無線區域網路（Wi-Fi）等，并將設備加入通用識別碼以減少不預期的干擾，讓電力波可以在非通訊與諧波區域使用。

　　不同于WPC透過頻內（In-Band）訊號進行傳輸，A4WP在通訊機制上是采用藍牙Smart做為發射端（Tx）與接收端（Rx）的通訊方式。十銓行動應用事業處產品總監林家成表示，Qi標準是透過方波長短的不同進行通訊，但磁共振技術若在電波中加入其他訊號將會影響系統的共振點，因此A4WP才藉由藍牙Smart將系統分為通訊與電力傳輸兩個通道。

　　致伸科技平臺資深經理丘宏偉進一步說明，因現在多數智慧型手機都已配備藍牙Smart，成本增加僅會出現在Tx部分，且增加幅度并不大。至于其他通訊方式如Wi-Fi，其頻寬較大而且并不完全適用于電力傳輸，所以采用藍牙Smart的方案較為劃算。

　　此外，因磁共振系統頻率的提升，連帶影響其他零組件必須相應采用高頻元件，這部分為墊高A4WP磁共振方案成本的最大塬因。林家成分析，磁共振系統若運行頻率很高，便要采用高頻率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）來做開關的動作，在電力傳輸的過程中，從波峰到波谷間上下可能相差幾十到上百伏特 （V），能夠承受如此高電壓的MOSFET便會非常昂貴；假如還要做到效率高，則費用將會是呈現指數性上漲。再者，目前這種高頻率的MOSFET必須采用訂制，因此關鍵元件的供應問題也可能是磁共振技術未來發展的阻礙之一。

　　德州儀器（TI）電池管理市場經理文司華表示，磁共振與磁感應技術還有一項不同點在于積體電路（IC）制程。磁感應方案所用的晶片制程為30伏特，但磁共振方案的制程估計需要40？60伏特。丘宏偉補充，當頻段提高也會同步增加元件制造的技術門檻，在材料上可能要使用到氮化鎵（GaN），因此能夠供應氮化鎵MOSFET的關鍵元件廠商也開始蠢蠢欲動。

　　另一方面，磁共振無線充電的優勢在于可同時對多個設備充電（圖2），因此在Tx設計上也有不同于磁感應方案的考量。林家成指出，線圈處于高頻率時會出現寄生的電容、電阻、電感等干擾，此時要控制頻率就較為困難，比如當系統中有多個Rx線圈進入時，因為寄生的電感發生變化而會影響共振點；另外，當Tx與Rx 的垂直距離改變時，系統在輸出功率和共振頻率上也必須同步調整，所以Tx重點在于必須適應不同的頻率。

　　圖2　磁共振頻率會受到待充物數量與充電距離影響?！D片來源：POWERMAT

　　關于線圈的部分，高創行銷部副理王世偉也表示，進入到磁共振技術后，因為頻段較磁感應方案高，除了天線長度須要改變之外，共振式磁性材料的生產門檻亦會提升，挑戰包含粉料的配方與天線設計等。

　　整體看來，現行磁共振無線充電方案價格偏高的塬因，主要在于須采用特殊高頻元件，且在市場尚未普及的情形下難以壓低成本。林家成說明，磁共振無線充電的終端價格要分為Tx與Rx來看，Tx因為具有高附加價值，即使賣到20美元還是有市場；而Rx是內建于消費性產品之中，這部分價格將占有較大影響力。然而，未來WPC的磁共振方案是否將能突破上述挑戰，仍須待后續觀察。

　　突破空間限制　磁共振方案距離不設限

　　相較于磁感應無線充電，磁共振方案在使用上具備更高的便利性，包括智慧型手機毋須準確放置于充電板、可達更長的充電距離，并能同時對多個設備充電，上述特性為制造商帶來了相當可觀的應用商機。

　　王世偉表示，磁感應技術的充電距離受限于線圈尺寸，因此在Rx設備體積有限的情形下已面臨距離上的瓶頸；而磁共振技術在這方面尚未達到物理限制，因此距離仍有增長空間。磁共振無線充電的優勢，在于當充電距離拉長或是沒有對準Tx的情況下，雖然會導致磁共振系統充電效率降低，然而不至于造成充電能力的喪失。

　　圖3　德國萊因資深專案經理Jan Willem Vonk表示，磁共振無線充電要普及，必須先解決充電效率不佳以及安全認證等問題。

　　就使用者立場而言，無線充電系統的穩定固然重要，不過充電花費的時間卻更是有感。德國萊因（TUV）資深專案經理Jan Willem Vonk（圖3）表示，現階段磁共振方案的充電效率仍較磁感應方案低，假若無法縮小與有線充電在充電時間上的差距，勢必降低消費者使用無線充電的意愿。

　　蔡英哲也強調，磁共振技術在理論上可達到90%以上的傳輸效率，但是在內嵌至設備時所造成的磁損，與非預期接收設備造成損失為典型的隱憂，因此強逆磁化與強順磁化是目前亟待推展的效率提升技術；同時，磁場透鏡技術的發展同樣值得期待，將可望達到比擬有線充電系統的整體效率。

　　除此之外，由于充電板與待充物之間的距離增加，使Tx不再受限于必須放置在如桌子等物體表面，將可內嵌至各種家具之中，降低視覺上的侵入感，并減少直接接觸造成的破壞，更有助于解決電力傳輸所造成的發熱問題（圖4）。

　　圖4　藉由增加充電距離，無線充電板將可完全內嵌于家具之中?！D片來源：Panasonic

　　丘宏偉說明，磁感應技術在充電板與待充物之間的散熱空間有限，當以更大功率進行傳輸時，提高的溫度可能無法被市場所接受。藉由磁共振方案增加充電距離，Tx與Rx間的散熱空間大幅擴展，有利于執行隔熱、散熱、絕熱等設計，例如將充電板裝在桌子下，透過桌面的大面積將熱能發散，便可降低系統充電時產生的發熱感。

　　然而，王世偉點出，現階段A4WP無線充電方案的一大賣點，在于擺放位置較以往磁感應方案更為自由，但空間自由度包含了水平與垂直范圍，目前僅看到 Rezence BSS 1.2版在垂直距離的進展，而水平距離尚無法達到理想范圍，這是未來邁向更好的使用者體驗所必須克服的問題。

　　另外，針對市場對充電距離的需求，王世偉補充，為了將無線充電發射器安裝于任何桌板下，Tx與Rx的距離必須達到1英吋；目前已出現距離達18毫米 （mm）的方案，相信1英吋目標也將很快實現。此外，一般民眾習慣將智慧型手機拿于一定高度而非平放在桌面使用，因此2英吋可能為更理想的充電距離。

　　值得注意的是，充電距離增加固然帶來使用上的便利，但磁共振系統將Tx與Rx的距離增加后，也相對使磁場較磁感應方案開放，同時消費大眾對于高頻率電磁波對人體的影響也存有疑慮。Vonk指出，目前磁共振技術的主要挑戰包括充電效率與安全認證，其中，安全性是一般大眾最關注的問題，即使在技術上能克服距離限制，并可將充電器安裝于家中任何位置，但在系統安全性尚未完整測試之前，仍將可能影響消費者的采用意愿。

　　由此可見，未來磁共振技術在攻占市場上的阻礙，將不僅僅只有技術門檻或價格等因素，如何藉由有效的安全驗證讓產品為一般大眾所接受，這部分的影響將至關重要。

　　強化安全驗證　磁共振無線充電邁向商用

　　當前磁共振無線充電標準已出爐，緊接著下一步就是開發產品、取得市場滲透率。盡管磁共振在技術上的關卡能逐一擊破，但市場最關心的議題，還是圍繞在以高頻率、長距離進行無線充電，無論在產品安全或人體健康上是否將造成影響。

　　據了解，無論磁感應或磁共振技術，都是透過Tx與Rx在相同頻段間產生傳遞能量的磁場，但同樣的頻率不僅僅存在于無線充電系統之中，更會與同樣頻率的不同系統間產生反應。過去曾于美國發生手機與烤箱晶片相互干擾，當手機收到訊號時烤箱也同步啟動，并在最高功率下產生空燒的情況。

　　A4WP的磁共振方案加入藍牙做為通訊機制，減少通訊干擾，并采用較高頻的6.78MHz以避開多數設備的運行頻段；同時，采用高頻段還有另一好處，就是可減少對系統中金屬異物的加熱作用。丘宏偉指出，A4WP磁共振技術的運行頻段，對于系統中其他金屬的共振影響很輕微，與磁感應方案相比，金屬發熱程度的差距可能達到十倍之多。

　　然而須要注意的是，雖然磁共振方案對于金屬異物的影響程度較低，但在磁共振技術全面普及之前，仍有一段時間須采用兼容磁感應技術的多模方案，因此異物偵測（Foreign Object Detection， FOD）依然會是短期間內無線充電設備所須仰賴的重要技術。

　　此外蔡英哲表示，抗強電磁干擾與多?；那袚Q能力，應該是目前晶片業者主要面臨挑戰與測試需求的部分，為了要達到完整的長期安全使用，晶片的軟硬體架構功能性安全（Functional Safety），必須架構完善的失效模式及效應分析（FMEA），也就是在設計階段立即會面臨的挑戰。

　　蔡英哲進一步強調，在進入磁共振技術后，無線充電系統的安全標準將不只是傳統以測試為主的評估架構，會更偏向設計端的長期安全可靠性架構評估，例如磁共振電源是否會產生過熱以及過大電流，進而傷害產品的運作。藉由評估安全設計的可靠性與對應風險，將有助于減少產品因設計不當而產生的潛在危機。

　　另一方面，因磁共振無線充電方案采用的頻率較高，是否將產生輻射的問題也備受消費者關注。Vonk認為，目前尚無針對磁共振方案的安全標準，但電磁波能量吸收比值（SAR）未來必定將納入磁共振無線充電的測試項目；同時，待首波產品發布并進行測試后，相關的安全標準才會更臻明確（圖5）。

　　圖5　磁共振無線充電邁向普及，仍須先建立完整的安全認證機制。　圖片來源：德國萊因

　　總和上述觀點，首先磁共振無線充電與磁感應方案最大的不同，就在于系統運行頻率的差異，采用高頻段雖有其優點，然而關鍵零組件的設計難度與成本卻大幅提升；其次，在磁共振系統中，電力經由高頻率與相對開放的環境進行傳遞，亦引發消費大眾對于是否將產生電磁波的擔憂，對此業界也須要建立出完整的安全性認證機制，以減少未來無線充電發展上可能面臨的阻礙。